Устройство для ввода аналоговой информации

(59 4 С 06 Р 13/00. ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯн двтавсвамв свидвтвсватвтдд"ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЗ(71) Казанский ордена ТрудовогоКрасного Знамени и ордена Друабынародов авиационный институтим. А.Н.Туполева(56) Авторское свидетельство СССРВ 926643, кл. С 06 Г 13/00, 1982.Авторское свидетельство СССРВ 964625, кл, С 06 Р 13/00, 1982.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА АНАЛОГОВОЙ ИНФОРМАЦИИс (57) Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники. В изобретении решается задача повышения быстродействия устройства, что достигается введением второго регистра, элемента НЕ, второго элемента И и второго элемента ИЛИ за счет ликвидации мертвых зон диапазона преобразо-, вания и исключения ошибок преобразования, 3 илИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использованов автоматизированных системах контроляи управления, а также в системах автоматизации научных исследований, 5Цель изобретения - повышение быстродействия устройства,На фиг.1 представлена блок-схемаустройства; на фиг.2 - временные диаграммы; на фиг.3 - функциональная схе ма блока микропрограммного управления.На фиг.1 позицией 1 обозначен информационный вход, 2 - адресный выход,3 - первый информационный выход, 4 -управляющий выход и 5 - управляющий 15вход устройства. Устройство содержитблок 6 компараторов, первый элементИЛИ 7, блок 8 микропрограммного управления, Формирователь 9 адресов, второй регистр 10, цифроаналоговый преоб разователь (ЦАП) 11, блок 12 элементов И, первый регистр 13, счетчик 14,первый элемент И 15, триггер 16, второй информационный выход 17 устройства, второй элемент И 18, элемент НЕ19 и второй элемент ИЛИ 20,Блок 8 состоит иэ шести элементовИ 21-26, сдвигового регистра 27, генератора 28 импульсов, триггера 29,дешифратора 30, регистра 31, трех фор-ЗОмирователей 32-34 импульсов. Позици.ями 35-39 обозначены соответственновход и выходы блока 8 микропрограммного управления,Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии разряды счетчика 14 находятся в нулевом, а регистра 10 в единичном состояниях. Применение счетчика 14 и регистра 10 с та ким исходным состоянием позволяет избавиться от мертвых зон диапазона преобразованияв которых .невозможно преобразование входных аналогов и вести преобразование во всем диапазоне, 45 в результате чего повышается надежность устройства.На суммирующий вход счетчика 14, управляющего старшими разрядами ЦАП 11, блок 8 подает импульс, ЦАП 11 50 преобразует образовавшийся код в аналоговую величину, поступающую на вход блока 6 компараторов,сравнивающих эту величинус аналоговыми величинами на входах 1Если какая-либо из входных 55 величин оказывается меньшей, чем сигнал на выходе ЦАП 11, соответствующий компаратор блока 6 переходит в единичное состояние (исходное состояние компараторов нулевое,так как сигнал на выходе ЦАП 11 равен нулю и оказывается меньше любого входного сигнала), а элемент ИЛИ 7 вырабатывает сигнал, поступающий через элемент НЕ 19 на вход данных регистра 10 и на единичный вход триггера 16, На выходе триггера 16 появляется единичный сигнал, который поступает в блок 8, Блок 8 Формирует последовательность импульсов, которые поступают на тактовый вход регистра 10. После заполнения регистра 10, что свидетельствует о завершении преобразования величины входного сигнала, на его выходе появляется сигнал, поступающий в блок 8. Блок 8 запрещает выдачу импульсов на тактовый вход регистра 10 и формирует запрос на управляющем выходеОдновременно с этим формирователь 9 формирует на своих выходах позиционный и двоичный коды номера старшего по установленному приоритету компаратора из всех тех, которые находятся в данный момент в единичном состоянии. По сигналу на управляющем выходе 4 во внешнее устройство (не показано) и по двоичному коду адреса на адресном выходе 2 осуществляется запись кода результатов преобразования, поступающих с выходов регистра 10 и счетчика 14 на выходы 3 и 17 устройства. По окончании этой операции блок 8 формирует сигнал, который поступает на элементы И блока 12,Регистр 10 и формирование определенной последовательности управляющих импульсов блоком 8 микропрограммного управления при поступлении сигнала на входы элементов И блока 12 обеспечивается неизменным состояние младших разрядов ЦАП 11 и устраняются ошибки преобразования.Вторые входы элементов И соединены с выходами Формирователя 9, на которых Формируется позиционный код адреса входа аналоговой величины, для котороговходная аналоговая величина равна аналоговой величине на входе ЦАП 11. Поэтому при наличии сигнала на каком-либо из этих выходов формирователя 9 происходит установка соответствующего триггера в регистре 13 в единичное состояние, Поскольку сигнал с выходов триггеров регистра 13 поступает на запрещающий вход соответствующего компаратора в блоке 6, 1260966он принудительно устанавливается в нулевое состояние н удерживается в нем до окончания всего цикла преобразования. Если при этом единичный сигнал на выходе элемента ИЛИ 7 со храняется, что указывает на наличие единичного состояния еще одного или нескольких компаратопов, блок 8 вырабатывает очередной сигнал для выдачи информации во внешнее устройство, Такой процесс продолжается до тех пор, пока присутствует единичный сигнал на выходе элемента ИЛИ 7. Когда сигнал на выходе элемента ИЛИ 7 становится нулевым т.е. принудительно с 15 помощью соответствующего триггера регистра 13 устанавливается в нулевое состояние последний из компараторов, сработавших в данном такте преобразования, на выходе элемента И 18 и на 20 выходе элемента ИЛИ 20 появляется сигнал, устанавливающий регистр 10 в исходное состояние и поступающий на нулевой вход триггера 16, после чего на выходе триггера 16 установится нулевой сигнал, Если при этом еще какая-либо иэ входных величин оказы" вается меньшей, чем сигнал на выходе ЦАП 11,преобразование осуществляется аналогично уже преобразованной вели- ЗО чине.Поскольку нет необходимости в осуществлении полного перебора состояний используембго в прототипе счетчика, уменьшается среднее время преобраэо- З 5 вания и повышается быстродействие устройства при произвольном распреде 3 гении уровней входных сигналов,1Когда регистр 10 устанавливается в исходное состояние и сигнал на вы О ходе триггера 16 становится нулевым, блок 8 вновь формирует сигнал, поступающий на суммирующий вход счетчика 14. Если после увеличения содержимого счетчика 14 сигнал на выходе триггера 16 остается нулевым, блок 8 фор. мирует еще один импульс, поступающий на суммирующий вход счетчика 14. Так продолжается до тех пор, пока после очередного увеличения содержимого счетчика 14 на выходе триггера 16 не появляется единичный сигнал. При его появлении вновь выполняется последовательность описанных операций.Единичное состояние любого иэ 55 триггеров регистра 13 сохраняется до конца цикла преобразования, что обеспечивает запоминание в конце каждого такта преобразования результатовтолько по тем входам 1, компараторыкоторых устанавливаются в единичноесостояние в данном такте преобразования,Чиччо триггеров в регистре 13 равно числу компараторов в блоке 6 исоответственно равно числу входныхвеличин, При срабатывании соответствующего компаратора после окончания,записи результата преобразования(кода, хранящегося в счетчике 14 ирегистре 10) по адресу, выработанному в формирователе 9, каждый из триггеров в регистре 13 устанавливается4в единичное состояние, о чем свидетельствует наличие единичного сигнала на выходе элемента И 15, следовательно все входные аналоговые сигналыуже преобразованы в двоичный код и ихдвоичные эквиваленты хранятся в,соответствующих ячейках памяти во внешнемустройстве, В этом случае блок 8 заканчивает цикл преобразования и вырабатывает сигнал, устанавливающий счетчик 14 и регистр 1 О в исходное состояние, Выработка этого сигнала можетбыть осуществлена и перед началомочередного цикла преобразования. В устройстве блок 8 микрог.рограммного управления выполняет следующие функции: по сигналу на входе 55 формирует первый импульс, поступающий на суммирующий вход счетчика 14; при наличии нулевого сигнала на выходе триггера 16 формирует последующие импульсы, поступающие на суммирующий вход счетчика 14; при наличии единичного сигнала на выходе триггера 16 формирует серию импульсов, поступающих на тактовый вход регистра 1 О, при наличии единичного сигнала на выходе регистра 10 формирует импульс, свидетельствующий о завершении преобразования, который поступает на выход 4, если после этого существует единичный сигнал на выходе триггера 16, то формирует последующий импульс, который поступает на выход 37; при наличии единичного сигнала на выходе элемента И 15 формируется импульс, свидетельствующий об окончании цикла преобразования, который поступает одновременно на выход 3 н на входы установки в исходное состояние счетчика 14, регистра 10 последовательного приближения и регистра 13.2"+п д" 1-Й155 - число аналоговых сигналев; - разрядность кода результата преобразования; Устройство реализовано на интегральной элементной базе серии К 155, триггер необходим.для включения и остановки управляемого генератора тактовых импульсов. На регистре 31 фиксируетсч код команды соответствующей определенной микропрограмме. При этом выбирается одна из шин дешифратора 30, сигнал с которой поступает на те элементы И 21-26, которые нужны для реализации определенноймикропрограммы, Для работы устройства блок микропрограммного управления должен реализовать четыре различные иикропрограммы. Регистр 27 сдвига применяется для выработки сдвинутых во времени импульсов, что необходимо для устранения влияния переходных процессов на работу устройства. Формирователь 32 импульсов необходим для того, чтобы сигнал "Останов", не препятствовал повторному действию сигнала "Пуск". А формирователь 33 коротких импульсов необходим для того, чтобы сигнал "Пуск"не препятствовал повторному действию сигнала "Останов", Фомирователь 34 Формирует сигнал на управляющем выходе устройства.Блок управления реализован на ос- ЗО нове генератора 28 с частотой следования 10 МГц, параллельного регистра К 155 ТМ 8, дешифратора К 155 ИД 1, Формирователя коротких импульсов (фКИ), четырехразрядного регистра сдвига З 5 К 155 ИР 1 и элементах И (две микросхемы К 155 ЛИ 1) и триггера К 155 ЛАЗ, В качестве счетчика 14 использована микросхема К 155 ИЕ 7, в качестве регистра 10 - микросхема К 155 ИР 17. Элементы 46 ИЕ 19, И 18 и ИЛИ 20 реализованы на микросхеме К 155 ЛАЗ.Устройство ввода разработано для спектрального и корреляционного анализа случайных полей турбулентности 45 и предназначено для ввода информации в ЭВМ Д 3-28.ВЪражение для кратности выигрыша во времени в преобразователе по сравнению с известным можно представить 50 в виде:- разрядность счетчика;- разрядность регистра последовательного приближения,причем 1 =.,+. иЙ, - число квантов, образуемыхсуммирующим счетчиком, вкоторои должны считыватьсядвоичные эквиваленты входныханалоговых величин;Й - число оставшихся квантов,образуемых. счетчиком послетого, как закончено преобразование всех входных аналоговых величин,Максимальный выигръпп будет получен н том случае, когда число разрядов суммирующего счетчика определяется из выражения: и 1 пи, = 1 о 8 К,Если принять, например, что в известном преобразователе разрядности суммирующего счетчика и реверсивного счетчика равны друг другу, .т.е. и = и =Й гб, = О то вы игрьпп составит г" + г + 1 - 12"+ пК - 1 Если считать, что Н = 2 ;и,= 1 о 8 Н,иф то для 8-разрядного преобразователя вреия одного цикла сокращается в 3,4 раза для 10-разрядного в 5 раэ, для 16-разрядного примерно в 32 раза.Таким образои, можно говорить об уменьшении среднего времени цикла преобразования, когда число каналов относительно мало (меньше,чем 2), а величины аналоговых сигналов равномерно оаспределены в диапазоне преобразования.Применение в устройстве, управляющего младшими разрядами ЦАП, регистра последовательного приближения с исходной установкой его разрядов в единичное состояние, счетчика управления старшими разрядами ЦАП, бло" ка микропрограммного управления с отличной от прототипа последовательностью формирований управляющих импульсов позволяет повысить надежность и точность устройства в результате ликвидации мертвых зон диапазона преобразования и исключения ошибок результата, которые возникают при Формировании сигнала на входы блока элементов И.1260Формула изобретения Устройство для ввода аналоговой информации, содержащее формирователь адресов, блок элементов И, первый 5 регистр, блок микропрограммного управления, триггер, счетчик, первый элемент И, первый элемент ИЛИ, цифроаналоговый преобразователь, блок компараторов, первый, второй, третий входы и вйход которого соответственно являются информационными входами устройства и соединены с выходом первого регистра, выходом цифроаналогового преобразователя и объединенными 15 входами первого элемента ИЛИ и входами формирователя адресов, первый выход которого является адресным выходом устройства, второй выход соединен с входами группы блока элементов 20 И, выходы которого соединены с входами данных регистра, управляющийвход первого регистра соединен с первым выходом блока микропрограммного управления и объединен с устано вочным входом счетчика, выход первого регистра соединен с входами первого элемента И, выход которого соединен с первым входом блока микропрограммного управления, второй вход и 30 второй выход которого соединены соответственно с выходом триггера исчетным входом счетчика, а третий 966 8зход и третий выход являются управляющим входом н выходом устройства соответственно, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в него введены второй регистр, элемент НЕ, второй элемент И, второй элемент ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в ноль триггера, с установочным входом второго регистра, первый выход которого подключен к первому входу цифроаналогового преобразова" теля и является первым информационным выходом устройства, вторым информацйонным выходом которого является выход счетчика, который подключен к второму входу цифроаналогового преобразователя, второй выход второго регистра соединен с первым входом второго элемента И и четвертым входом блока микропрограммного управления, четвертый, пятый и первый выходы которого соединены соответственно с входом блока элементов И, тактовым входом второго регистра и первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, второй вход которого соединен с информационным входом второго регистра и выходом элемента НЕ, вход которого объединен с входом установки в единицу триггера и соединен с выходом первого элемента ИЛИ,1260966 7 й И 1 еаЯ 17 Фвм с АааЬ 4 ю ВМЯТАЯ Маеае остав Сирохман ехред акаэ 5233/50 П приятие,г.Уатор л.Проектна дактор Л.Пчелинска Тиран НИИПИ Государствен по делам иэобрет 113035, Иосква,фЖводствеино-полиграфнческ 67 ног ний 35,ь И.Алексеевлейник Корректс писССР комитета С открытий аущская на