Аналого-цифровой микропроцессор

(7) Заявитель осковскнй ордена Лени ацнонныи инст Й. МИКРОПРОЦЕСС(54) АНАЛОГО-ЦИФ лительной техв устройствах р й и анало. онноистем,щее аналоговыйнающее устройя в код, реасинхр ции.Модудолженговыезователелей кодабыстрод ор, анап преобраразовате. Изобретение относится к вычи нике и может быть использован преобразования и обработки циф говой информации различных ин измерительных и управляющихИзвестно устройство, содержа коммутатор, аналоговое заломи ство, преобразователь напряжени гистр адреса канала и устройств ции М,ЫУстройство выполнено в виде единого модуля, одиако его; возможности ограничены. только операциями коммутации аналоговых входов, фиксации напряжений и преобразованием их в цифровой код, С помощью этого устройства не 1 возможно произвести цифровую программную обработку данных и осуществить цифроаналоговое преобразование.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является микропроцессор, содержащий аккумулятор данных магистрали и входной регистр, входы которых соединены с магистралью, а выходы - с входами арифметико. логического устройства, .выход .которого соеди. 2нен с магистралью, регистр и дешифратор мик. рокоманд. Дашый микропроцессор вьтолнен конструктивно в виде одной микросхемы и име. ет широкие возможности в области цифровой обработки информации 1 г).Недостатком его является возможность толь ко цифровых видов обработки информации.Развитие систем автоматизированного и автоматического управления и контроля требует создания универсального модуля, позволяющего реализовать аналоговые, аналого-цифровые и цифровые функции. Прямое рещеюм данной проблемы заключается в пролом объединении цифрового микропроцессора с модулями ана. логовой и аналого-цифровой обработки вход. ной информации и цифроаналоговыьщ модулями обработки выходной цифровой информа. ль, построенный по такому и содержать входной коммутат запоминающие устройства, ряд и налряжеиия в код и преоб в напряжение различной то йствия, а также микропроцессоСоздание такого модуля встречает цельшряд структурных, конструктивных и техноло гических трудностей. Кроме того, подобныймодуль ие будет обладать гибкостью в аналогоцифровых функциях, что не допустит или сделает чрезвычайно избыточным его применениев ряде задач.Цель изобретения - повышение коэффициента использования оборудования, увеличениегибкости микропроцессора,Поставленная цель достигается тем, что микропроцессор, содержащий регистр мнкрокоманд,вход которого является управляющим входоммикропроцессора, а выход подключен к входудешифратора микрокоманд, блок ввода.вьшодаарнфметико-логическое устройство, блок памяти данных, регистр, блок регистровой памя.ти, управляющие входы которого соединеныс выходом дешифратора микрокоманд, первыйвход блока ввода-вывода являются соответст.венно входом и выходом микропроцессора,. выход арифметико-логического устройства ивторой выход блока ввода-вывода подключенык информационным входам регистра, блокапамяти данных и блока регистровой памяти,выход которого подключен к информационнымвходам регистра, блока памяти данных и квторому входу блока ввода-вывода, выходырегистра и блока памяти данных соединенысоответственно с входами арифметнко-логичес.кого устройства, выход которого соединен свторым входом блока ввода-вывода, введеныдве группы элементов коммутации аналоговыхсигналов, аналоговое запоминающее устройство,блок сравнения, коммутатор цифровых сигналов, коммутатор аналоговых сигналов, регистрстарших разрядов, регистр младших разрядов,два преобразователя кода в напряжение, дваэлемента коммутации аналоговых сигналов исумматор, управляющие входы которых подключены к выходу дешнфратора микрокоманд,информационные входь 1 регистров старших и.млцщах разрядов соединены с выходами арифметико-логического устройства, блока регистровой памяти и с вторым выходом блока ввода-выводаВБ 1 ход регистра старших разрядовсоединен с входом первого преобразователякода в напряжение, выход регистра младшихразрядов соединен с входом второго преобразователя кода в напряжение, выходы первогог ги второго преОбразователей кода В напряжение соединены соответственно с входами сумматора, выхкоторого подключен к входу первого элемента комутации ющлоговых сигнвлав, входы элементовкоммутацйи аналоговых сигналов первой группысоединены соответственно с аналоговыми входа ьа микропроцессора, а выходы - еоответс 1- .веню с входами первой группы аналоговогозапоминающего устройства, входы второй груп 10 15 пы которого подключены соответственно к вы .ходам. элементов коммутации аналоговых сигналов второй группы, входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго элементов коммутйции аналоговых сигналов, выходы аналогового запоминающего устройства соединены соответственно с аналоговыми выходамн микропроцессора, с входами коммутатора аналоговых сигналов и с входамиблока сравнения, выходы которого ,подюпочанысоответственно к входам коммутатора цифровых сигналов, выход которого соединен с информационным входом регистра, выход коььмутатора аналоговых сигналов соединен с входом второго элемента коммутации аналоговых сигналов. На чертеже представлена схема мвкропроцео.,сора.Микропроцессор содержит группь 1 и 2 эле ментов коМмутацви аналоговых сигналоВ, аналоговое запоминающее устройство 3, блок 4сравнения, коммутатор 5 аналоговых сигналов,выход б микропроцессора, элемент 7 коммута.пии аналоговых сигналов, коммутатор 8 циф ровых сигналов, регистр 9, арифметнко-логическое устройство (АЛУ) 10, блок 11 памятиданных, магистраль 12, блок 13 ввода-вывода,блок 14 регистровой памяти, регистр 15 старших разрядов, регистр 16 младших разрядов,преобразователи 17 и 18 кода в напряжение,сумматор 19, элемент 20 коммутации аналого.вых сигналов, цифровой вход. выход 21 микропроцессора, аналоговые входы 22 микропро.цессора, управляющий вход 23 мвкропроцес.сора, регистр 24 микрокоманд, дешифратор 25 35микрокоманд, цепи 26 связи.Микропроцессор работает следующим образом.В основе работы микропроцессора лежитпринцип микропрограммного управления, функционирование микропроцессора возможно врежиме цифровой обработки даных, режимемногоканального аналого-цифрового и цифроаналогового преобразования и обработки, режиме многоканальной аналоговой обработки, в45 программнокомбинированном режиме,Б режиме цифровой обработки данных припомощи микрокомайд, поступйещнх нэ внещних устройств и регистр 24 микрокомаид, осуществляется арифметическо-логическая обработка цифровых данных, цйркулируащик через од цифровой вход-.выход 21 и блок 13.В режиме многоканального аналого-цифрово.го преобразования микропрограммировациемможно организовать различные методы аиалого.цифрового преобразованйя, например последовательного приближения, йерезарядного урав, новешивания, комбинированные и т,п. Кроме того, можно реализовать различные алгоритмы4 6АЛУ в регистр 15 старших разрядов запись выходного напряжения с преобразователей 17 и 18 пересылки в устройство 3; результат сравнения из блока 4 сравнения в регистр 9; сдвиг содержимого АЛУ в сторону младших разря.дов на 1; пересылка содержимого АЛУ в блок 11; сложение в АЛУ содержимого регистра и блока 11; если сигнзл триггера переполнения АЛУ равен нулю, то переход к третьему действию; считывание выходного кода.Рассмотренный алгоритм легко модифицируется на случай многокаизщного преобразования.Следует отметить, что развитие средства мик ропрограммироваиия в микропроцессоре поз.воляет проводить непрерывный контроль и ди.агностику практически всех его блоков. При этом оперзции контроля ь.гут проводиться в . специаьно выделенном временном интервале или проводиться параллельно с основным алгоритмом функционирования, Данное качество весьма ценно для систем управления и контроля технологических процессов, гдетрзднцион.но оно достигается за счет значительных дополнительных аппаратурных затрат. Таким образом, в основу работы аналого-. цифрового микропроцессора заложены принци. пы многофункциональности, контролируемости и микропрограммируемости,Кроме традиционных микрокоманд микропроцессор выполняет широкий набор. аналоговых и аналого-цифровых микрокоманд, что позволяет реализовать различные варианты специализированных знзлого-цифровых систем, а тзкже систем управления, систем сбора и об. работкн аналоговой информации и т,п.Применение микропроцессора в подобных системах упрощает процесс проектирования, изготовления и эксплуатации этих систем, сокращает объем оборудования и расширяет их фун. кциоиальные возможности. Формула изобретения Аналого-цифровой микропроцессор, содержа. щий регистр мйкрокойзнд, вход которого является, управляющим входом микропроцессора, а выход подключен к входу дешифратора мнк рокоманд, блок ввода-вывода, арифметнко-ло. гнческое устройство, блок памяти данных, ре. гистр, блок регистровой памяти, управляющие входы которого соединены с выходом дешифраюрз микрокоманд, первый вход и выход блока вводз-вывода являются соответственно входом и выходом микропроцессора, выход арифметико.логического устройства и второй выход блока ввода-вывода иощюгючены к ин- . формационным входам регистра, блока памя 5 85802опроса анзлоговых каналов и их динзмнческуюсмену. В этих режимах осуществляется такженеобходимая цифровая обработка данных.Режим многоканальной аналоговой обработки содержит операции коммутации каналов,выборки входного сигнзла определенного канала в устройство, циклический сдвиг аналоговых сигнзлов в устройстве 3, сложение ивычитание аналоговых сигналов. Следует заме.тить, что ячейки устройства 3 имеют вход сигнала обнуления. Кроме того, старший разрядрегистра 15 определяет знак выходного напряжения преобразователей 17 и 18.В комбинированном режиме возможно произвольное прогрзммно определяемое распреде%ление функдий и методов. В частном случаемикропроцессор может реализовать четырехкайальиое аналого-цифровое преобразование,цифровую обработку полученных данных, формирование цифровых кодов управления и пре- рообразование их в аналоговую форму по четырем каналам.Все .многообразие функционирования микропроцессора осуществляетсяс помощью микрокоманд, которые условно можно разделить на д 5следующие группы: выборка входного аналогового сигнала; передача аналогового сигнала спреобразователей 17 и 18 в устройство 3; пересылка аналоговых сигналов с выходов уст.ройствз 3 из его входы; вьчитание или ело. Зожение айалоговых сигйалов; обнуление ячеекустройства 3 коммутация выходов схем сравиеййиблоке 4 в регистр 9; запись кодов врегистр 17 старших разрядов из регистров общего назначения блока 14, из АЛУ, из блока13 ввощ-вывода; запись кодов в регистр 18млздпих разрядов; традиционнью микрокоманды микропроцессора (логические и арифмети.ческие действия В АЛУ; пересылки кодов, управление вводом-выводом и др.).При выполнении микропроцессора в одномкорпусе распределение внешних сигналов микропроцессора по ножкам корпуса при наличиикорвуса с 40 выводами следующее: 8 знзлоговых входов; 8 анзлоговых выходов; 8 цифровмх входов и выходов; 9 входов регистра 24микрокомзнд; 2 входа синхроннэацш; 3 .номиизлз питания; выход триггера состояния АЛУвывод шины нулевого потенциала,В качестве примера вьннаиения микропроцессором аналого цифровых функций рассмотриммикропрограммную реализацию одноканальногоанзлого-цифрового преобразования, вьпвлия: емого по методу поразрядного урзвиовешивзния. Алгоритм подобного аналого-цифровогопреобразования может быть представлен в следующем виде: выборка аналогового сигнала спервого входа в устройство 3; запись единища .в старший разряд АЛУ 10; пересылка. кода из7 858024 ти данных и блока регистровой памяти, выход которого пщжлючен к информационным вхо. дам регистра, блока памяти данных и к второму входу блока ввода-вывода, выходь регистре и блока памяти данных соединены соответ" ственно с входами арифметико-логического устройства, выход которого соединен с вторым входом блока ввода. вывода, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения коэффипиента использования оборудования и увеличения гибкости, в него введены две груп. ны элементов коммутации аналоговых сигналов, знзлоговое эзпомннающее устройство, блок сравнения, коммутатор цифровых сигналов, коммутатор аналоговых сигналов, регистр стар Б ших разрядов, регистр младших разрядов, два преобразователя кода в нзпряжение, два эле. мента коммутации аналоговых сигналов и сумматор, управляющие входы которых подключе ны к выходу дешифратора микрокоманд, ин. о формационные входы регистров старших и млад. ших разрядов соединены с выходами зрифмеж. ко-логнческого устройства, блока регистровой памяти и с вторым выходом блока вводз-вы. вода, выход регистра старших разрядов соеди нен с входом первого преобразователя кода в напряжение, выход регистра младших разрядов соединен с входом второго преобразователя кода в нзпряжение, выходы первого и вто. рого преобразователей коде в напряжение соеединены соответственно с входим сумматора,выход которого подкшочен к входу первогоэлемента коммутации аналоговых сигналов,входы элементов коммутации аналоговых сиг.нзлов первой группы соединены соответственно с анзлоговыми входами микропроцессора,з выходы - соответственно с входами первойгруппы аналогового запоминающего устройства,входы второй группы которого подключенысоответственно к выходам элементов коммутации аналоговых сигналов второй группы, вхо.ды которых соединены соответственно с выходами первого и второго элементов коммутациианалоговых сигналов, выходы аналогового за.поминающего усгройсгва соединены соответственно с аналоговыми выходами микропроцессора, с входами коммутатора анзлоговых сигналов и с входами блока сравнения, выходыкоторого Hодклюены соответственно к вхо.дам коммутатора цифровых сигнзлов, выходкоторого соединен с информационным входомрегистра, выход коммутатора аналоговых сигналов соединен. с входом второго элемента коммутапии аналоговых сигналов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Е 3 есьовеса. 1975, У 2 О, с. 148.2 Хилбури ДжДжут П. Ми ПЭВМ имикропроцессоры, М,.Мир", 1979, с. 248 (прочто тип),