Устройство для регистрации аналоговой информации

/О 11 00 САНИЕ ИЗОБРЕТ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ инфоревидетельств 0 5/12, 197 детельство Р 3/00, 197 И. Г 1,ия) (57) 1. УСТРОЙС АНАЛОГОВОЙ ИНФО ЦИ щее мул пре оследовател ипле р и бразо рмаци ены к бразо тель, бло ные входь к выходам а ателя, бл мационным входам блока памяти, выходы второй группы блока приоритетов подключены к входам первой группы блока формирования кода фазы опроса и к адресным входам. блока памяти.2. Устройство по и, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок приоритетов содержит элемент ИЛИ входы которого являются входами второй группы блока, КЯ-триггер, К-вход которого является вторым входом блока, а Б-вход подключен к выходу элепр к управления ого подам мульт ульсовы котороторои гр ский блок, рого являса уступпы и вх мента ИЛИ, элемент И, входы которогоподключены к инвертирующему выходуКБ-триггера и первому входу блокалогичесходам перГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(71) Институт технической кибетики АН БССР(прототип).Бронштейн О.И., ДуховныйМодели приоритетного обслуживав информационно-вычислительныхтемах, М., Наука 1976, с. 220 ВО ДЛЯ РЕГИСТРАМАЦИИ, содержа- соединенные ого-цифровой к памяти, одни которого под- алого-цифрового выходы первои группы ко ключены к управляющим вх плексора, формирователь опроса, выходы второй г го подключены к входам блока управления, логич входы первой группы кот ются входами сигналов з ройства, входы второй г логического блока подключены соответственно к выходам первой группыи к первому выходу формирователя импульсов опроса, а вых кого блока подключены к вой группы блока управления,мационные входы мультиплексораявляются информационными входамиустройства, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения быстродействия в результате увеличения ирпускной способности устройства, оносодержит блок приоритетов, первый,второй входы и входы первой группыкоторого подключены соответственно к первому, второму выходам и выходам первой группы формирователя импульсов опроса, а входы второй группы и выходы первой группы блока приори тетов подключены соответственно кО выходам первой группы и входам третьей группы блока управления, блок формирования кода фазы опроса, вход и входы второй и третьей групп (, которого подключены соответственно к второму. выходу формирователя импуль- соВ опроса и к выходам первой и второй групп блока управления, а выходы блока формирования кода фазь; опроса подключены к другим инфор 116454811 б 4548 а 775 ЛОКа Составитель А, УшаковВолощук Техред М.Кузьма Корректор А. Обручар акт одписн ская н Патент", г. Ужгород, ул. Проектная Филиал каз 4177/37 Тираж 703 ВНИИПИ Государственно по делам изобретени113035, Москва, Ж, Ра комитета ССи открытий1164548соответственно,.первый счетчик,счетный вход которого подключен квыходу элемента И, дешифратор, входыкоторого подключены к информационнымвыходам первого счетчика, а выходыявляются выходами первой группы блока,информационные выходы первого счетчика являются выходами второй группыблока, второй счетчик, счетный входкоторого подключен к выходу переполнения первого счетчика, входы обнуления первого и второго счетчиковподключены к выходу элемента ИЛИ,мультиплексоры, адресные входы которых подключены к информационнымвходам второго счетчика, а информационные входы являются входами первойгруппы блока, выходы мультиплексоров являются выходами первой группы блока.3, Устройство по п, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок формирования кода фазы опроса содержит элементы задержки, входы которых являются входами второй группы блока, счетчики, обнуляющие входы которых подключены к выходам элементов задерж ки, счетные входы счетчиков являются входом блока, а входы разрешения счета являются входами третьей группы блока, и мультиплексор, адресные входы которого являются входами первой группы блока, информационные входы подключены соответственно к выходам счетчиков, выходы мультиплексора являются выходами блока.1 Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для регистрации аналоговой информации в системах автоматизации экспериментальных исследований с целью последующей обработки ее на ЭВМ.Известны устройства для регистрации информации, содержащие аналогоцифровой преобразователь, коммутатор каналов, блок управления, регистратор. В подобных устройствах периоды опроса устанавливаются одинаковыми по всем аналоговым каналам,Однако для систем автоматизации экспериментальных исследований требуется иметь более гибкую структуру регистратора, позволяющую устанавливать в разных каналах различные периоды опроса. В то же время важно в максимальной степени использовать потенциальное быстродействие тракта коммутации, кодирования и регистрации для улучшения эконо 25 мических показателей систем.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство дтся регистрации аналоговой информации, в котовм возможна установка в разных кана.сах различных30 периодов оссроса, содержащее посгседоватеюсс ссо со лп. нные;сусс, с спслексор 2и аналого-цифровой преобразователь, блок памяти, одни информационные входы которого подключены к выходам аналого-цифрового преобразователя, блок управления, выходы первой группы которого подключены к управляющим входам мультиплексора, формирователь импульсов опроса, выходы второй группы которого подключены к входам второй группы блока управления, логический блок, входы первой группы которого являются входами сигналов запроса устройства, входы второй группы и вход логического блока подключены соответственно к выходам первой группы и к первому выходу формирователя импульсов опроса, а выходы логического блока подключены к входам первой группы блока управления, информационные входы мультиплексора являются информационными входами устройства. В этом устройстве перед началом регистрации устанавливаются периоды опроса аналоговых каналов, 1 ри появлении запросов на обслуживание ст источников аналоговых сигналов анализируется загруженность т 1 ясст:с регистрации. Если перегрузки ре " ссс тра тора не происходит, то о.уссе.свсся тся подключение новых кан сов сса обслуживание.1164548 В рассматриваемой системе недопускаются потери заявок, поэтомувремя пребывания заявки.к-го потокав системе не должно превьппать ее5 периоды поступления:Э К(3)Запрет на потерю заявок предполагает согласевание суммарного входного/потока заявок по всем каналам и пропускной способности тракта коммутации, кодирования и регистрации, т.е.должно выполняться соотношениеч15кс (4) где йрмин Недостатком данного устройстваявляется невозможность использованияпотенциального быстродействия регистратора, Когда в разных каналах установлены .индивидуальные периоды опроса,загрузка регистратора оказываетсянеравномерной и в его работе образуются паузы.Например, возьмем И-канальнуюсистему сбора аналоговой информациихарактеризующуюся в самом общем случае независимостью источников информации, различными частотными свойствами сигналов и переменным во времениЗ 0числом работающих каналов,Состояния С(рк) - аналоговых каналов системы обозначим С(р), где1;=1, М - номер канала; Вк= 1, есликанал работает, и р к =О если канал З 5не работает (в данном режиме работысистемы датчик не опрашивается).Допустим, в рассматриваемой системеъимеется возможность генерировать какиндивидуальные периоды опроса Т 40всех сигналов, так и одинаковые -для произвольных их групп.Периодические последовательностиимпульсов опроса можно рассматриватькак детерминированные потоки заявок 45на обслуживание, причем под обслуживанием понимается формирование ирегистрация кода одного отсчета аналогового сигнала. Каждый поток заявокхарактеризуется интенсивностью: 50(В) Заявки на обслуживание могутпоступать как в различные моменты времени, 5 так и одновременно по всем каналам, Время обслуживания одной заявки в системе Проверка условия отсутствия информационной перегрузки тракта коммутации, кодирования и регистрации производится в соответствии с выражением: Тмин(1) число работающих каналов (Ир с В);минимальный из периодов опроса каналов;суммарное время опроса одного канала (время коммутации, кодирования и регистрации). Коэффициент загрузки тракта всеми потоками заявок определяется формулой (3)К:Е ЛК: или с учетом (2) и (4) При последовательном обслуживании одновременно поступивших заявок время их пребывания в системе определяется выражением где =1, Ир ( - порядок обслуживаник заявок, который может не совпадать с нумерацией каналов), В этом случае из (Ь) и (1) для всех каналов получается Ч, с Т , и, следовательно, автоматически выполняется условие (3), т.епри любом порядке обслуживания потери заявок в системе не будет.Максимальный коэффициент загрузки тракта при соблюдении условия (1) определяется из выражения Из формулы (8) видно, что, если хотя бы в одном канале период опроса Т; ) Т , то К будет меньше единицы и пропускная способность тракта будет меньше потенциально возможной, 1164548а это является существенным недостатком прототипа,В случае, когда1 минМР 7 1 1 (9) 5о 15 вой группы блока управления, информационные входы мультиплексораявляются информационными входами 40устройства, введены блок приоритетов,первый, второй входы и входы первойгруппы которого подключены соответственно к первому, второму выходам ивыходам первой группы формирователя 45импульсов опроса, а входы второйгруппы и выходы первой группы блокаприоритетов подключены соответственно к выходам первой группы и входамтретьей группы блока управления, 50блок формирования кода Фазы опроса,вход и входы второй и третьей группкоторого подключены соответственнок второму выходу Формирователя импульсов опроса и к выходам первойи второй групп блока управления, авыходы блока Формирования кола Фазыопроса подклнчены к другим информапри произвольно выбранном порядке обслуживания время Ч пребывания в системе некоторых заявок может превысить Т;, что приведет к потере заявок и пропуску опроса сигналов,Цель изобретения - повышение быстродействия в результате увеличения пропускной способности устройства,Поставленная цель достигается тем, что в устройство для регистрации аналоговой информации, содержащее последовательно соединенные мультиплексор и аналого-цифровой преобразователь, блок памяти, одни информационные входы которого подключены к выходам аналого-цифрового преобразователя, блок управления, выходы первой группы которого подключены к управляющим входам мультиплексора, формирователь импульсов опроса, выходы второй группы которого подключены к входам второй группы блока управления, логический блок, входы первой группы которого З 0 являются входами сигналов запроса устройства, входы второй группы и вход логического блока подключены соответственно к выходам первой группы и к первому выходу Формирователя 35 импульсов опроса, а выходы логического блока подключены к входам перционным входам блока памяти, выходы второй группы блока приоритетов подключены к входам первой группы блока формирования кода фазы опроса и к адресным входам блока памяти.Блок приоритетов содержит элемент ИЛИ, входы которого являются входами второй группы блока, КБ-триггер, К-вход которого является вторым входом блока, а Б-вход подключен к выходу элемента ИЛИ, элемент И, входы которого подключены к инвертирующему выходу КЯ-триггера и первому входу блока соответственно, первый счетчик, счетный вход которого подключен к выходу элемента И, дешифратор, входы которого подключены к информационным выходам первогосчетчика, а выходы являются выходами первой группы блока, информационные выходы первого счетчика являются выходами второй группы блока, второй счетчик, счетный вход которого подключен к выходу переполнения первого счетчика, входы обнуления первого и второго счетчиков подключены к выходу элемента ИЛИ, мультиплексоры, адресные входы которых подключены к информационным выходам второго счетчика, а информационные входы являются входами первой группы блока, выходы мультиплексоров являются выходами первой группы блока.Блок Формирования кода фазы опроса содержит элементы задержки, входы которых являются входами второй группы блока, счетчики, обнуляющие входы которых подключены к выходам элементов задержки, счетные входы счетчиков являются входом блока, а входы разрешения счета являются входами третьей группы блока, и мультиплексор, адресные входы которого являются входами первой группы блока, информационные входы подключены соответственно к выходам счетчиков, выходы мультиплексора являются выходами блока.Лля пояснения сущности изобретения вернемся к рассмотрению М-канальной системы сбора аналоговой информации. Рассмотрим экстремальный случай, когда в момент времени й = О в системе одновременно появились заявки всех работающих каналов. Рдйлем условия, при которых будет обеспечиваться возможность обслуживания всех аявок и получения полной з,эгр ки тракта164548 8согласно (16) приоритеты необходимо назначать в порядке возрастания периодов опроса.Условие отсутствия перегрузкитракта должно проверяться по ФормулеН к(12)15 Соотношение (12) показывает, чтовремя пребывания Ч заявки в системепри приоритетной дисциплине обслуживания не может быть меньше временипребывания в системе без приоритетов,определяемого равенством (6).Из (11) имеем251откуда, суммируя по всем работающимканалам, получаем.МР Ч(13) 30 гПодставляя (10) и (13) в (14), получаем обобщенное соотношение, которое должно выполняться для обеспечения 40 работоспособности системы:н н55 при этом всегдаМ;Ч;Из этого слелчет. что лля достижения максимальной загрузки устройства,7 1 устройства. Поскольку при условии (9) произвольный порядок обслуживания заявок может привести к пропускам опросов каналов, введем приоритетную дисциплину обслуживания. Обозначим номера приоритетов заявок индексом 1 = 1,И. При этих условиях будут справедливы соотношенияйсд- Е - "- Т1 с 1 Аналогично из (12) получаем Согласно равенству Чебышева соотношение (15) будет выполняться всегда, если или Т,. с Т; (16) На фиг. 1 приведена блок-схемапредлагаемого устройства; на фиг2 -схема блока управления; на Фиг. 3схема логического блока; на фиг. 4 -схема блока приоритетов; на фиг, 5 -схема блока формирования кода Фазыопроса.Устройство (фиг. 1) содержитмультиплексор 1, аналого-циФровойпреобразователь 2, блок памяти 3с регистром 4, блок управления 5,блок Формирования кода фазы опроса б,логический блок 7, формирователь импульсов опроса 8 с генераторо, 9,управляемым делителем 10 и узломкоммутации 11, блок приоритетов 12,Блок управления 5 (Фиг. 2) содержит по числу каналов элементы И 13,триггеры 14, элементы И 15, элементызадержки 16,Логический блок 7 (фиг. 3) содержит двоичные счетчики 17 и 18, элемент задержки 19, мультиплексоры 20и 21, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 22, элемент И 23, мультиплексор 24, сумматор накапливающий25, триггеры 26, элемент И 27.Блок приоритетов 12 (фиг. 4) содержит элемент ИЛИ 28, Ю-триггер29, элемент И 30, первый и второйсчетчики 31 и 32, дешифратор 33,мультиплексоры 34.Блок формирования кода фазы опроса 6 (Фиг. 5) содержит по числу каналов элемент задержки 35 и счетчики36, мультиплексор 37.Устройство работает следующимобразом.Требуемая сетка периодов опроса(каждый период выбирается из И возможных периодов) по разным каналамустанавливается заранее, до началаработы, в узле коммутации 11, свыхода которого управляющие потенциалы поступают в управляемый делитель 10, в котором по каждому каналуустанавливается требуемый коэффициен 1деления частоты синхроимпульсов (СИ)генератора 9, Периодические после 1164548 1 Одовательности импульсов опроса Тн соответствующие каждая своему каналу, поступают в блок 5 управления подключением каналов и проходят через него только при наличии сигна ла разрешения с логического блока 7 и в порядке, определяемом блоком приоритетов 12.Сигналы разрешения в логическом блоке,7 вырабатываются на основании 1 О периодического анализа условия (17) согласования входного потока заявок и пропускной способности тракта коммутации, преобразования, регис 1;рации. При оценке входного потока 15 заявок принимаются во внимание как потоки каналов, уже поставленных на обслуживание, так и потоки каналов, требующие обслуживания, о чем свидетельствует появление новых сигна лов я , Если постановка на обслужиквание какого-либо нового канала вызовет нарушение условия (17), то этот канал на обслуживание не ставится, так как вырабатывается сигнал 25 .разрешения для этого канала и соответствующие импульсы опроса не проходят через блок 5 управления.Для каналов, поставленных на обслуживание, импульсы периодов опроса Тк запоминаются в блоке управления 5, где и хранятся до момента, когда блок приоритетов 12 разрешит их прохождение на мультиплексор 1.Приоритеты каналам назначаются в порядке возрастания периодов опроса.При произвольной сетке периодов Тк время хранения импульсов периодов опроса в блоке 5 непостоянно, поэтому О возникает необходимость в регистрации отметок времени фактического опроса каналов, которое можно представить в виде где и = 0,12 - номер отсчета;К. - код Фазы (КФ) отсчета иличисло тактов обслуживания 50с момента появления импульсаопроса к-го канала в блокеуправления 5 до моментаотсчета сигнала этого канала.При таком представлении для одно значного восстановления абсолютного времени отсчета при расшифровке данных в ЭВМ достаточно регистрировать код К , что позволит уменьшить объемфрегистрируемой .служебной информации,Код К, формируется блоком 6, где имеются счетчики, тактируемые частотой 1/г. и запускаемые при поступлении сигналов ТТК из блока управления 5. Останов счетчиков происходит при подключении соответствующих каналов на регистрацию, для чего используются сигналы запуска мультиплексора 1 с выхода блока управления 5. Мультиплексор 1 переключается на нужный канал, и АЦП 2 преобразует входную величину в цифровую форму, 11 ифровой кодинформации (КИ) поступает в регистр 4, где к нему добавляется код номера канала (КНК) из блока приоритетов 12 и код фазы отсчета (Кф) из блока 6 формирования кода фазы опроса.Таким образом, Формируются данные, которые записываются в блок памяти 3,Одна из возможных реализаций блока управления 5 показана на фиг, 2.В блок входят И узлов (по числу каналов), содержащих по 2 элемента И 13, 15, триггер 14, элемент задержки 16,Блок 5 работает следующим образом,Импульсы периодов опроса поступают в блок по входам второй группыТТм. При наличии разрешающихпотенциалов на входах первой группыРазр.1 Разр,И от логического блока 7 импульсы проходят через элементИ 13 и запоминаются триггерами 14,С выхода этих триггеров разрешающиепотенциалы поступают на элементыИ 15 и по выходам второй группыТТ 1 ТТИ - в блок формированиякода фазы опроса 6. Сигналы управления мультиплексором на выходах первойгруппы К 1 КИ вырабатываются приусловии совпадения соответствующихсигналов от блока приоритетов 12,Сброс триггеров 14 осуществляетсячерез элементы задержки 16 послепоявления сигнала ца шинах К 1 КИ.Одна из возможных реализаций логи.ческого блока 7 для анализа перегрузки показана на Фиг, 3. На схемепоказаны счетчики 17 н 18, элементзадержки 19, мультиплексор 20 сМ-выходами, 11 мультиплексоров 21с М-выходами, постояццо запоминающее устройство 2, элементы И 23 .и 27, мультиплексор 24, с умматор 5,триггер 26,1164548 12 25 Блок 7 должен анализировать выполнение условия (17), которое в терминах алгебры логики записывается в виде(с л ) ю(с л ) й в(с л ) сс где С; - . Сигналы запросов на обслуживание р, поступают на вход1 О мультиплексора 20, который последовательно переключается под управлением счетчика 17 просмотра номера канала, который работает с высокой частотой СИ, В конце счета счетчика 17 вырабатывается сигнал переноса, который поступает на счетный вход счетчика 18 просмотра номера периода и переводит его в следующее состояние. Вся сетка периодов в устройстве пронумерована, причем меньшему номеру соответствует меньшая длительность периода, т,е, период с номером 1 - самый маленький. Код номера периода с выхода счетчика 18 поступает на мультиплексоры 21 (их число равно числу каналов) и на адресные входы ПЗУ 22В соответствии с этими адре- - 30 сами на выходе ПЗУ последовательно вырабатываются некоторые константы,обратно пропорциональные периодам Тк опроса, поступающие на вход накапливающего сумматора 25. Сумматор 35 25 рассчитан таким образом, что его сигнал переноса формируется только при условии, что накопленная суммапревысит значение С м+1 - 1/г, Занесение же извлекаемых из ПЗУ 22 40чисел в сумматор происходит при появлении соответствующего сигнала на его синхронизирующем входе, Импульс занесения вырабатывается элементом И 23 при наличии сигнала рк с выхода 45 мультиплексора 20 и сигнала с выхода мультиплексора 24. Последний "про 11сматривает наличие сигналов с выходов мультиплексоров 21, которые анализируют, какой именно период из 50 установленной сетки включен по данному каналу.Для примера рассмотрим случай, когда работают первые три канала (8 Г з = 1) и по ним установлен 55. одйнаковый период опроса У 3, Т -ЗСь о При этом среди управляющих сигналов (УС) угла коммутации 11 только сигналы 1 ТЗ, 2 ТЗ и ЗТЗ соответствуют логической единице.В первый цикл работы счетчика 17 на выходе мультиплексора 20 три такта будет разрешающий потенциал, но синхроимпульс через элемент И 23 не пройдет, так как счетчик 18 сброшен, мультиплексоры 21 установлены в первое положение, но ни по одному из каналов первый период (У 1) не установлен (среди сигналов УС только 1 ТЗ, 2 ТЗ и ЗТЗ являются разрешающими). В конце цикла счетчик 17 выработает сигнал переноса, который переведет счетчик 18 во второе состояние, Так как период У 2 также не установлен ни по одному каналу, то и во второй цикл работы счетчика 17 сигнал проходить не будет. Когда же счетчик 18 установится в третье положение, то,начиная с первого канала, первые три мультиплексора 21 будут иметь на выходе разрешанчцие потенциалы, которые будут проходить через мультиплексор 24 и разрешать прОхождение трех синхроимпульсов на синхровход сумматора 25. Одновременно, согласно адресу Р 3 на выходе ПЗУ 22 устанавливается константа С которая и суммируется три раза в, сумматоре 25.Проверка условия (17) завершается выработкой счетчиком 18 сигнала переноса, который проходит через И 27 (сумматор не переполнен и на его выходе Р - логическая единица) и переписывает сигналы запросов 88 в триггеры 26, с выходов которых сйимаются сигналы разрешения на обслуживание каналов.Теперь предположим, что три канала работают, полностью реализуют пропускную способность регистратора и .тут появляется запрос по пятому каналу. Тогда, когда счетчик 18 уста. новится в состояние, соответствующее выбранному периоду опроса по пятому каналу, а счетчик 17 - в положение 5, в сумматор 25 занесется число С - в , которое вызовет перепдлнение5 Тсумматора. Сигнал с его выхода Р закроет вход С и элемент И 27. После завершения данного цикла сигнал переноса со счетчика 18 не пройдет, элемент И 27 и пятый канал на обслуживание поставлены не. будут, Первые же три канала будут работать беэ измеЙНОЛОВОЬЕ СОВ НОЛб 11