Устройство для сопряжения электронной вычислительной машины с датчиками

,Ю.Н СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ АВТОРСКОМУ СВИД(71) Львовский ордена Ленина политех нический институт им. Ленинского комсомола(53) 681,.327.1;1 (088,8) (56) 1. Авторское свидетельство ССС В 294117, кл. С 01 Ч 1/ОО, 1968.2. Авторское. свидетельство СССР % 924691, кл. С, 06 Р 3/02, 1980 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОПРЯГ ЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ ВЫЧИСЛИ. ТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ С ДАТЧИКАМИ, содержащее . блок. аналоговых преобраэомтелей, сумматор, распределитель импуль сов, первый, второй и третий регистры, первый и второй формирователи импульс.сов, делитель частоты, генератор импульсов, счетчик,.ключи, шифратор и элемент ИЛИ, одни входы которого соединены с выходом первой группы распределителя импульсов и входами первой группы третьего регистра, а другие входы соединены с выходами второй группы распределителя импульсов и входами второй группы, третьего регистра, выходы которого соединены с ключами, входы: группы блока аналоговых преобрааователей. являются входами первой группы устройства, а первый вход соединен с выходом делителя частоты, выход блока аналоговых преобразователей соединен с одними входами- сумматора, другие входы которогосоедиюны с выходами ключей вторые входы которых являются входами второй группы устройства, выход сумматора соединен с первым входом распределителя импульсов,третьи и четвертые выходы групп которого соединены с соответствующими входами второго регистра, выходы которого соединены с входами шифратора, выход которого является первым входом устройства, выходы пятой группы распределителя. импульсов соединены с входом первого формирователя импульсов, выход которого соединен,с одним входом .первого регист-. ра, другие входы которого соединены с выходами счетчика, а выход является вторым выходом устройства, выход элемента ИЛИ соединен с входом второго формирователя импульсов, о т л и ч аю щ е е е я тем, что, с пелью повышения надежности и быстродействия устрой- р ства, в него введены третий, четвертый . 9 и пятый формирователи импульсов, первый и всорой элементы И, триггер, элемент ИЛИ-НЕ и элемент И-НЕ, входы .которогосоединены с выходамн второго ре-. гистра, с первым входом второго регисв- Я ра и выходом первого элемента И, первый вход которого соединен с выходом :триггера, первый вход которого соединен,с выходом элемента ИЛИ-НЕ:, входы Мкоторого соединены с соответствую-4 ф щими входами третьего регистра и выхо- Яб дами пятой группы распределителя импульсов, выходы шестой группы которого фф соединены с соответствующими входами . второго регистра, выходы которого сое- . динен с входами первой группы распределителя импульсов, входы второй группы которого соединены с выходом третьего и входом четвертого формирователей импульсов, входы котомках соединены с выкодом второго формирователя импульсов и и вторыми входами первого элемента Ии триггера соответственно, первый входсчетчика соединен с выходом второю102 ЬЙ 1 з 15 20 25 30 элемента И и первым вхоцом целителячастоты второй вход которого соединенс первым входом третьего регистра и свыходом пятого формирователя импульсов, вход которого соецинен с выхоцомэлемента И - НЕ и с первым входомвторого элемента И, второй вход которого соединен а генератором импульсов, выхоц первого элемента И является третьим выходом устройства.2. Устройство по п, 1, о т и и ч аю щ е е с я тем, что распрецепитель импульсов содержит сумматоры первой и второй групп, нуль-органы первой и второй групп и элементы И, выходы которых являются выходами шестой группы распределителя импульсов первые входы элементов И являются входами первой группы распределителя импульсов, втоИзобретение относится к автоматике и жчислительной технике, прецназначено цля сбора и первичной обработки информации от технопогических датчиков и ввода ее в ЭВМ и может применяться в ЛСУ с территориально разнесенными объектами и ограниченным числом линий связи.Известно устройство цля сбора и регистрации информации от датчиков, содер жашее широтно-импульсные модуляторы,есоециненные с усилителями, выходы которых объединены общей линией связи, генератор счетных импупьсов, распрецелитепь импульсов, выходами соециненный с регистром, нагрузкой которого являются ключи, и в котором используется широтно-импульсная моцуляция сигналов цат чиков, при этом начала модуляционных интервалов цля всех датчиков совпадают, импульс суммируются с определенным коэффициентом перецачи по каждому каналу и попученный ступенчатый групповой сигнал, в котором цпительность ступеньки несет информацию датчика, амплитуда - номер цатчика, расшифровывается в приемной части устройства 3 .В данном устройстве цпя дешифрации группового сигнала в приемной части производится его цифференцирование, в вслецствие чего устройство чувствительно к различным помехам, "особенно к имрые вхоцы элементов И соецинены свыходами нуль-органов второй группы,входы которых соединены с выхоцамисумматоров второй группы, первые входыкоторых и первые входи сумматоров первой группы являются первым вхоаом ивыходами пятой группы распрецепителя,импульсов, вторые вхоцы сумматоровпервой и второй групп являются входамитретьей группы распрецелителя импульсов и входами второй группы устройства,третьи входы элементов И явпяютсявхоцами второй группы распрецепителя.импульсов, выходы нуль-орг анов второйгруппы являются выхоцами третьей ичетвертой групп и первым и вторым выходами распределителя импульсов, входынуль-органов второй группы соединеныс выходами сумматоров второй группы. пульсным, что снижает надежность работы устройства.Наиболее близким к прецлагаемому является устройство цпя сопряжения ЭБМ с датчиками, содержащее генератор импульсов, соединенный со счетчиком и делителем частоты, выход которого соединен с входами первой группы блока аналоговых преобразователей, первый регистр, вход которого подключен к выходам счетчика и выход которого является первым выходом устройства сумматор, вхоц которого соединен линией связи с выходом блока аналоговых преобразователей, а другие входы сумматора соецинены с выходами ключей, первые входы которых являются первыми входами устройства, авторые вхоцы соединены с выходами третьего регистра, вхоцы которого, а также входы второго регистра и элемента ИЛИ соединены с выходами распределителя импульсов, вход которого поцкпючен к выходу сумматора, к входу первого формирователя импуль сов, выход которого связан с вторым вхоцом первого регистра, шифратор, вхо ды которого соединены с выходами второго регистра, а выходы которого являются вторыми выходами устройства, элемент ИЛИ, выход которого соединен с входом второго формирователя импуль сов, выход которого соецинен с вторым1020813 входом второго регистра и явпяегсятретьим выходом устройства. Бпок анапоговых преобраэоватепей устройствасодержит широтно-импупьсные модупяторы, первые вхоаы которых явпяютсяпервой группой входов бпока, вторыевхоцы являются второй группой входовустройства, усипители, выходы которыхобъединены и являются выходом бпокааналоговых преобразоватеей, инверторы 1 Ои элементы И, выходы которых соединены с входами усилителей, выходы широтно-импупьсных модуляторов через инверторы соединены с входами эпементовИ, вторые входы которых соединены с 15первыми входами широтно-импупьсныхмодупяторов 2 .Данное устройство позвопяет осуществлять параппепьный сбор и передачу информации от территориапьно разнесенных 20датчиков и ввод ее непосрецственно вЭВМ, используя при этом минимапьноечиспо пиний связи, Устройство обпадаетвысокой защитой от помех, возникающихв пинии связи, соединяющей выходы от дельных каналов датчиков с входом пр 1+емной части устройства: оно реагируеттолько на:трого опредепенные величиныперепадов потенциалов и помехи с амппитудами, даже эначитеьно превышающими кодированные значения вепичин ерепацов, не приводят к сбою в работеипи потери информации устройством.Однако импупьсные помехи, амппитудыкоторых совпадают с кодированными эна35чениями, вепичин ступенек групповогосигнала:, а ппоские части соизмеримы свременем реакции распредепитепя импупьсов устройства, вносят сбой в работуустройства,Кроме того, дпитепьность одногоцикла опроса датчиков превышает нескопько максимальную днитепьность импупьсов ШИМ - модуляторов и если в данныймомент в датчиках не содержится максимапьное значение сигнала, тогда часть45цикла опроса поспе выборки максимапьной в.данный опрос информации датчиковцрокодит вхопостую, что снижает возможную среднюю проиэводитепьность уст-ройства в данных условиях.Цель изобретения -повышение надеж-ности и быстродействия устройства.Поставпенная цепь достигается тем,что в устройство дпя сопряжения ЭВМ сдатчиками, содержащее блок анапоговыкпреобраэоватепей, сумматор, распределитепь импульсов, первый, второй и третийрегистры, первый и второй формироватепи импульсов, депитепь частоты генератор импульсов, счетчик, кпючи, шифратори эпемент ИЛИ, одни входы которого соединены с выхоаом первой группыраопредепитепя импульсов и вхоцами первойгруппы третьего регистра, а другие вхо-ды соединены с выхоцами второй группыраспрецепитепя импульсов и входами в. орой группы третьего регистра, выходы ко-торого соединены с ключами, входы группы бпока .анапоговых преобразоватепейявляются входами первой группы устройства, а первый вход соединен с выкодомдепитепя частоты, выход бпокаанапаговых преобразоватепей соединен с одними входами : сумматора, другие вкоцыкоторого. соединены с выходами кпючей,вторые входы которых являются входамивторой группы устройства, выход сумматора, соединен с первым вхоаом распре-.депитепя импульсов, третьи и четвертыевыходы групп которого соединены с соответствующими входами второго регистра, выходы которого соединены с входамишифратора, выход которого явпяется ;первым выходом устройства, выхоаы пэфтой группы распрецепитепя импуньсовсоедпнены с входом первого формироватепя импульсов, выход которого соединенс одним входом первого регистра, другиевходы которого соецинены с выходамисчетчика, а выход является вторымвй"ходом устройства, выход элемента ИЛИсоединен с входом второго формироватепя импульсов, введены третий, четвертыйи пятый формироватепи импульсов, первый.,и второй эпементы И, триггер, эпемеитИЛИ-НЕ и эпемент И-НЕ, входы которогосоединены с выходами второго регистра,с первым входом второго регистра и выходом первого элемента И, первый вкодкоторого соединен с выходом трщтера,первый вход которого соецинен с выходомэлемента ИЛИ-НЕ, входы которого соединены с соответствующими входамитретьего регистра и выходами пятойгруппы распредепитепя импульсов, выко-ды шестой группы которого соединеныс соответствующими входами второго ре, гистра, выходы которого соединены с входами первой группы распредепитвпкимпупьсов, входы второй группы которого соединевы с выходом третьего и входом четвертого формироватепей импупьсов,входы которых соединены с выходомвторого формирователя импульсов и вторыми вхоаами первого эпемента И итриггера соответственно, первый входсчетчика соединен с выходом второго5 10208 элемента И и первым входом цепитещ эстеты, второй вход которого соецинеи е первым входом третьего регистра и с вжходом пятого формирователя импупь сов, вход которого соединен с выходом 3 пятого формироватепя импупьсов, вход которого соединен с выходом элемента И-НБ и с первым входом второго эпемента И, второй вход которого соединеи с генератором импупьсов, выход первого ф эпемента И явпяется третьим выходом устройства,Распрецепитепь импульсов содержитсумматоры первой и второй групп, нупь 5органы первой и второй групп и апементы И, выходы которых явпяются, выходдами шестой группы распределителя импульсов, первые входы апементов И явпяются входами первой группы распрецепитвпя импупьсов, первые входы эпемвнтов И являются входами первой группыраспределителя импульсов, вторые входыэпементов И соединены с выхоцами нульорганов второй группы, входы которых 2соединены с выходами сумматоров второйгруппы, первые входы которых н первые входы1сумматоров первой группы явпяются первым 1входом и выходами пятой группы распределителя импульсов, вторые входы суммато-уОров первой и второй групп являются входами третьей группы распредепителя импульсов и входами второй группы устройства, третьи входы эпвментов И являютсявходами второй группы. распредепитепяимпупьсов, выходы нупь органов второйгруппы являются выходами третьей и четвертой групп и первым и вторым выходами распредепитвпя импульсов, входынупь органов второй группы соединены свыходами: сумматоров второй группы.На чертеже приведена функциональнаясхема устройства для сопряжения ЭВМс датчиками.Устройство содержит генератор 1 импульсов, депитвпь 2 частоты, счетчик 3,первый регистр 4, блок 8 аналоговыхпреобразователей, широтно-импульсныемодуляторы 6.- 6 п, инверторы 74 - 7 п,элементы И 8 - 8, усипитепи 9 - 9;сумматор 10, ключи 11, -. 11, первыйформирователь 12 импупьсов, сумматорыпервой 13 - 131 и . второй 14 - 14групп, распределитель 15 импульсов,нуп органы 161 - 16 и 17- 17,второй 18 и третий 1 9 регистры, апемвнт ИЛИ 20, эпемент ИЛИ - НЕ 21,эпемвнты И 22 - 22, шифратор 23,)второй формирователь 24 импульсов, тре 13 6тий формирователь 25 импульсов, четвертый формироватвпь 26, первый апеменз И 27, триггер 28, элемент И-НЕ 29,) пятый формироватепь 30 импупьсов, второй элемент И 31.Устройство работает спецующим образом.Импульсы счетной частоты поступают через апементИ 31 на вход депитепя 2 частоты и счетный вход счетчика 3. Двпитель 2 формирует импупьс возбуждения максимальной длительностью несколько бопьшей максимальной дпительности импульсов ШИМмодупяторов 6 6, который по пинии связи поступает на первые входы ШИМ модуляторов и возбуждает их. ШИМ-модуляторы формируют импульсы, передними фронтами совпадающие с передним фронтом импульса возбуждения и длительностями, пропорциональными величинам сигнаяов от датчиков, поступающих на вторые входы ШИМ-модуляторов. По окончании импульсов ШИМ-модуляторов на выходах элементов И 84 - 8 формируются импупьсы, перецними фронтами совпадающие с задними фронтами ШИМ-моцупятороа, которым соответствуьющими усилителями 9 - 9 придаются амплитуды О - Ц, явпяющиеся признаком ацресов датчиков. Б общей информационной шине формируется ступенчатый групповой сигнал, в котором величина каждой ступени характеризует адрес датчика, а длительность является дополна нивм дпитепьности импупьса соответствующего ШИМ-модупятора к дпитепьноотн импупьса возбуждения. Данный сигнал поступает на вход сумматора 10, на других входах которого в данный момент нулевые потенциалы, и по фронту попожительного перепада первой ступеньки на выходе сумматора 10, являющимся признаком окончания импульса ШИМ-модупято ра К-го датчика с наименьшей вепичиной сигнапа, срабатывает формироьвтепь 12 импульсов, по переднему фронту импупьса которого производится запись кода из счетчика 3 в регистр 4, причем данный коц явпявтся информацией К-го датчика в цифровой форме. Групповой сигнал поступает также на первые. входы сумматоров 134 - 1 3 и 14 - 14 распределителя 15 импульсов, На вторых входах сумматоров 13 - 13 р подкпючвны напряжения (- О 4) - (- О), соответственно равные кодированным вепичинам ступенек соответствующих цатчиков, но обратной попярности На вторыв входы сумматоров 14, - 14 поступают напряже20813 8 мирователь 12 и запишется коц иэ счетчика 3 в регистр 4, сигнал на выборкув ЭВМ не поступит.При совпадении амплитуды импульоНой помехи с величиной одной из ступенекпроисходит срабатыванйе распределителя 15 импульсов установка5 -ых разрядов регистров 18 и 1 9 в.единицы, поцключение на вхоц сумматоре ра 10 напряжения (- Ц) и запуск формирователя 24, но после окончания цействия помехи на выхоце сумматора 10устанавливается напряжение (- О), приэтом на выходе сумматора 14 распре целителя 15, на втором вхоце которогонапряжение 0, устанавливается нуль,что привоцит к срабатыванию соответствующего нуль-органа 17, Задним фронтомимпульса формирователя 24, цлитель щ ность котороговыбрана немного больше ожицаемой длительности помех, запускается формирователь 25, его импульспоступает на входы элементов И 22,- 22 прохоцит только через готовый к от 25 открйтию элементов И 22 и поступаетна вторые входы 5 -ых разрядов регистров 18 и 19 и сбрасывает их, при этомотключается напряжение (- 0 ) с вхоцасумматора 10, на его выходе устанавз ливается нуль. Передний фронт импульсаформирователя 25, цлительность с которого выбрана достаточной цля срабатывания всех элементов, на которые оиностунает, образует отрицательный пере.пад на выходе элемента. ИЛИ - НЕ 21,устанавливающий триггер 28 в ециницу,и тем самым закрывая элемент.И 27цля прохожцения импульса 4 юрмирователя.26 на выход устройства. Таким образом, аасигнал на выборку информации из устройства в ЭВМ не поступает. Зацний фронтимпульса формирователя 26 сбрасываеттриггер 28.Импульс формирователя 26 поступаеттакже на вход элемента И - НЕ 29. При 45подаче сигнала на выборку из устройстваинформации от датчика с наибольшей вданном цикле опроса величиной импульсформирователя 26 вызывает нулевой потенциал на выхоце элемента И - НЕ 29 воздействия на групповой сигнал импульо 7 10 ния 01 - Од оцной полярности с амплитуцами ступенек. На выхоце всех сумматоров образуются суммы вхоцных потенциалов и только на выходе оцного сумматора 1 3, на :втором входе которого напряжение, равное но величине с амплитудой первой ступеньки Ц с, устанаи ливается нулевой потенциал. При этом срабатывает соответствующий нуль-орган 16, передний фронт импульса которого устанавливает соответствующие К-е раз -. ряды регистров 1 8 и 1 9 в ециницы. Нагрузкой разрядов реГистра 19 являются управляющие входы ключей 11 - 11, на первых вхоцах которйх напряжения (- 01) - (- Цп). Установка К-го разряца регистра 19 в единицу ведет к замыканию ключа 11коммутирующего на. вход щмматора 10 напряжение.( Ох), при этом на. выходе сфммФтора 10 устанавливается нулевой потенциал, что.по-, зволяет данным способом расшифровы вать слецующую ступеньку. Импульс нуль-органа 18 у через элемент ИЛИ 20 запускает цепочку формирователей 24- 26, каждый из которых запускается зацним фронтом импульса прецыцущего, и, если срабатывание распределителя импульсов 15 происходит не в результате ной помехи с амплитуцой Ох, тогда импульс формирователя 26 через открытый элемент И 27 (триггер 28 находится в нуле) с третьего выхоца устройства дает сигнал в ЭВМ на выборку с выхода регистра 4 информации от К-го цатчика, а с выхода шифратора.23, представляющего собой комбинационную схему, преобразующую унитарный коц на ее входах соециненных с выхоцами регистра 18, в двоичный или цвоично-десятичный коц,- коц адреса данного датчика. Таким образом производится расшифрование группового сигнала и перецача информации ЭВМ. Импульс формирователя 28, цлительность 7 которого выбирается цостаточной для выборки информации ЭВМ, .поступает также на общий вхоц сброса , регистра 18 и сбрасывает его. Обрабс ка последующих ступенек ведется аналогичноТаким образом, устройство реагирует только на строго определенные величины входных потенциалов, поэтому помехи, амплитуды которых не совпацают с за. данной точность с фиксированными величинами потенциалов, не вызывают сбой в работе, искажение или потерю информации (если от помехи и сработает фор(на всех цругих вхоцах которого будут единичные потенциалы выхоцов регистра19).Нуль с выхода элемента И - НЕ 29закрывает элемент И 31 цля прохожцения через него импульсов генератора 1 на входы целителя 2 и счетчика 3, Отрицательный перепад на выхоце элементаИ - НЕ 29 запускает формирователь 30,импульс которого поступает на вхоцы9 10208сброса депитепя 2 и счетчика 3 и сбрасывает их, при этом срывается импуйьсвозбуждения, Этот же импупьс, дпитепь, ность котороговыбрана достаточной дпя срыве цикпа работы, поступаетна вход сброса регистра 19 и заднимфронтом сбрасывает его, при этом устанавливается единица на выходе эцемента И - НЕ 29, открывается элементИ 31 и начинается новый цикп работы 0устройства,Таким образом, достигается увеличение средней производительности устройства: длительность цикла определяетсямаксимальной дпитепьностью превращения информации во временной интервал вданном цаспе, а не номинальным измеритепьным интервалом, как в устройствепрототипе.Предпагаемое устройство по сравненню с базовым объектом обладает повышенной помехозащищенностью. Сбой в работе базового объекта происходит при наведении в линии связи, соединяющей выход блока аналоговых преобразователей с 25входом приемной части, помехи амплитудцой, равной Пп = Ц, + Ь,где Ц - кодированные амплитуды ступенек группового сигнапа;д - эона нечувствительности нуль- ЗОорганов.Вероятность сбоя базового объектаравнаР, =Р 1 ц-д 1 О, ц, дЯ: Р(ц, д-ЦО -д),3где Р - вероятность сбоя базового объекта;Г - функция распредепения вероятОностей амплитуд помех.Вероятность сбоя при приеме группо- Ового сигнала в данном устройстве опредепяется, как вероятность появпения импульсной помехи, амплитудой О+ли длит е и ь иост ью 1лгде , - дпитепьность импульса форми 45роватепя 30 гденомМ,Данныйобъекта,гае . - дпитепьность-го цикла;Й- количество циклов предпагаемого объекта.Поскопьку1,ом, тогда МЙ, и степень увеличения чиспа циклов зависит от закона распреаепения входной информации и находится в предепах 25- 42% от числа Ц . Кроме того, в предлагаемом устройстве число цикпов тем больше, чем меньше вепичина входных сигналов, что поэвопяет повысить точность воспроизведения входной информации непосредственно в форме цифровых отсчетов, что повышает точность работы АСУ, в контур которой вкпючено предлагаемое устройство. вероятность сбоя базового объекта;50вероятность появпения помехи,длительностью большей эафункция распреаепения вероятностей дпитепьности помех,13 10функция распределения вероятностей амппитуд помех дпя бопьшинства видов помех бпизка к нормальному закону раопредепения, Выбором значений 0 в базовом объекте достигается вероятность 0,0046 Р, 6 0,0098. В зависимости от характера йомех и выбора величины 2 исходя из реапьных усповий работы устРойства, веРоЯтность Р(ь ис, ) оценивается как 0,21 Р(,)1) 0,52, что значит снижение возможного копичества сбоев работы устройства не менее, чем на 50%, при этом увеличивается функциональная надежность работы устройства.Время цикла работы предлагаемого устройства зависит от вепичины сигнала в в датчиках и является величиной переменной, что позволяет повысить среднюю производительность устройства, определяемую как количество циклов эа некоторый отрезов времени Т.При непрерывной работе некогорый отрезок времени Т работы базового объекта равен номинальное время цикла работы;количество циклов работы базового объекта.отрезок Т дпя предпагаемого