Программное устройство управления

(19 б 05 В 19/18 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4-24 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(71) Всесоюзный проектно-конструкторский и технологический институт светотехнической промышленности(56) Авторское свидетельство СССР603952, кл. б 05 В, 19/1 О, 1978.Абугов Ю. О. и др. Микроэлектронные устройства программного и логического управления. М.: Машиностроение, 1979, с. 60 - 66.Авторское свидетельство СССР1192139, 1983.Отраслевой стандарт ОСТ 11 бк 340.015 - 76 на микросхемы серии К 5 11, с. 166, черт. 142.(54) ПРОГРАММНОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к устройствам автоматики. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение достоверности включения исполнительных органов, Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее датчики положения 11 - 1 генератор 2 импульсов, соединенный со счетчиком 3 импульсов, дешифратор 4, выходной модуль 5 и блок 6 исполнительных органов, введены блок 1 О программируемых логических матриц, элементы задержки 11 ь 11 элемент И 2, счетный блок 8 и программируемый блок 9 мультиплексоров. Данное устройство обеспечивает реализацию алгоритмов управления, содержащих как условные, так н безусловные переходы. Таким образом, программное устройство управления имеет высокую достоверность включения исполнительных органов по заданным программа.ми последовательностям благодаря обеспе- Я чению контроля функционирования и повышению помехозащищенности за счет умень- щения количества элементов памяти, имеет более широкие функциональные возможнос- в ти, так как реализует алгоритмы управления, содержащие условные и безусловные Е переходы. 4 ил.вамИзобретение относится к автоматике и м О ж .т б ь( т( и ,. и Ол ьз О д ( О,(,( 51 "и р д в; е и и 51РустройсВами, рабо: д Р;. 1 Рп (,о заданным программам.Цель изооретения рдсширгИ 1 функционалы(ых возможностей устройсгвд и Овышение достоверности ключе Ия ис(голнитсль- НЫХ ОР ДНОВ.11 а фиг. 1 приведед электрическая функциональная схема прогрдм Иного ус(ройста управления: на фиг. 2 схема програм- О мируемого блока мультиплексоров с четырьмя адресными входами; на фиг 3 . - . схема блока программируемых логических матриц; на фиг. 4 . схема четырехразрядного счетного блока.11 рограммное устройство управления фиг. ) ссдержит датчики положения 1(, 1 генератор 2 импульсо, выход которого соединен со (.четым входом счетчика 3 импульсов, выходы которого соединены с входами деп 5 фр;(тора 4, выходОЙ модуль; , содержа;ий набор последователы(О соединсных усилителе й и клкчевых элемсн(Рв не показаны), выхо;1 ы которого соединеныОдними Выводами 6 Ока 6 исполнительных оргдно, другие выводы которого сое;1 ине 11 с ниной 7 питани 51. Ъстройство со держит также с гс п(ый блок 8, нрограммируех(ый блок 9 мультиплексоров, блок 10 и р 01 рд м мирм "м ых ло( и)сских ма(триц, эл."Мсн - ты 1111, задержки и элеме(п И2. Бходнье Ипы 3( 13, Включения исполнител(ных оргдносоединены с первыми и 1- формационными входами прогрдммируемого блокд 9 мультиплексоров, содержит шину 14.11 рогр;Ммирусмый блок 9 мультиплексоров (фиГ. 2) содержит МРРьтиплсксоры 15 15, инвертор 16, адресные входы 17(, 17 . 17 и 17, стробируощие ходы 18( 18,ыходы 19(1 с)Р, ины 2 -20.; набо рд прОГрдмм и ипформап ион 111 Ни(ы мульпплексоро.1 л(ж0 программируемых логических 11:.1 Г- риц фиг. 3) содержит псрьс входы 2 и 2 Л торыс входы 7( третьи входы9(19 Р, четвс ртые входы 23(23 программируемые логические матрицы 24(, 24 и 24 Р, перую группу выходов 18(, 18, вторую (ру(п(у ьходов 25( 25 Р, первый выход 26, второй выход 27, третий вы ход 28.Счетный блок 8 фиг. 4) содержит счетчики 29 и 29 Р импульсов, блок 30 сравнения, элементы 31( и 31 задержки, элементы И 32 и 32, блоки элементов И 33 и 335 блок 34 элементов ИЛИ, счетные Вхо 50 ды 35 и 35 Р, вход 36 прерывания счета установочные входы 37(, 37, 37( и 37, вход 26 рдзрешсия Рстдноки, выходы 171, 7, 17, и 7 Р.Программное устройство управления работает следующим образом.С выхода генератора 2 импульсов по шине 14 Нступают импульсы на счетный вход счетчика 3 импульсов, обеспечивающего счет импульсов в двоично-десятичном коде. Дешифратор 4 преобразовывает двоичо-десятичный код, поступаю(ций на его вхо)ы со счет 1 ка 3 импульсов В 1(с 5 Тичный код и таким образом на его выходах циклически будут поочередно появляться импульсы. Нд счетнь(е входы 35 и 35 счетного блока 8 поступают импульсы, счет двоичном коде которых обеспечивает счетый блок 8 при наличии разрешающего сигнала на его входе 36 прерывания счета. С выходов 17(17, счетного блока 8 логические уровни, соответствующие текущему содержимому счетного блока 8, поступают а адреснь(с входы 17(17, программируемого блока 9 мультиплексоров и вторые 17,17, входа блока О программируемых логических матриц Нрогрдх(РИруемьЙ блок 9 мультиплексоров в соответствии с логическими уровнями на его адресных входах 7( (Открыгаются соогетствующие ка, аль( содерк 1 1 цихся в нем мульти плексоров), пропускает нд выходы 9( 19 Р логические уровни в соответствии с требусмой программой (ГрограР(а набирается посредством соединения содержащихся в нем информационных нИн мультил ксоров с шинами набора программы.1 ри необходимости вклк)чеия требуемо- ГО ИСПОЛНИТСЛЕНОГО ОРГДНД На О;1 НОМ ИЗ ВЫ- ходов 19(, 9 рограммируемого блока 9 мультиплексоров формируется логическая единица. С выходов 19(19 Р программируемого блока 9 мультиплексоров 5 Оги (сские уровни поступакт нд входы выходного моду,(я 5. Кгючевье э.ементы выходного модуля 5 в зависимости от логических уровней д ых(;(дх 19 9 Р нрогрдммируемо(о блока 9 мультиплексороВ 0.1. соединя(от исполнительныс органы (например, электромагниты Воз.1 ухордспределителей) блока 6 исполнительных органов к пине 7 пита 51. Таким образом, соглас- НО логич(ским уров 5(м н Выходах 177 счстного блока 8, Г.е. такта у раления, а также в соответствии с набранной прог- раммОЙ, 6 Р 51)т Вклоч(ны необходимые испог 1- ительныс органы блока 6. В б 51 к 10 программируемых логичсских матриц пост 1 ают логические уровни: нд третьи входы 19( 9,с выходов 19( 19 рограммируемого блока 9 мультиплексоров, соответствующие требуемым включениял исполнительных органов; нд четвертые входы 23, 23, с датчико 1( 1 контролирую(них положения механизмов исполнительных органо; на вторые входы 17( 17, - с выходов 17( 17, счетного блока 8, соответст - дующие текущему такту управления.Блок 10 программируемых ло ических матриц формирует: на втором выходе 27 логическую единицу, подтверждаюНую включеие исполнительных органов на;екущем такте управления и заверп(енис работы;Сха 1293698низмами этих исполнительных органов, т.е. при поступлении логических единиц с датчиков 1 ь, 1 контролирующих окончание работы включенных механизмов, при наличии логических уровней на вторых входах 17 ь, 17 ь соответствующих текущему такту управления; на первой группе выходов 18 ь, 18 р логические уровни, разрешающие включение (логическим нулем) механизмов с учетом информации датчиков 1 ь, 1 а также с учетом наличия команд на включение исполнительных органов, поступающих на входы 19 19 т,е. формирует необходимые блокировки, которые поступают на стробирующие входы 18 ь, 18 р программируемого блока 9 мультиплексоров; на третьем выходе 28 логический ноль, когда на текущем такте управления необходимо обеспечить условный или безусловный переход в соответствии с логическими уровнями на вторых входах 17 ь, 17 и при наличии условия этого перехода, контролируемого по логическим уровням, поступающим на четвертые входы 23 ь, 23, с датчиком 1 ь, 1 при этом на втором выходе 27 формирует логическую единицу; на первом выходе 26 логическую единицу при тех же условиях, что и на третьем выходе 28 и при наличии логической единицы на одном из первых входов 22 или 22, которой обеспечивают стробирование записи требуемого такта управления по переходу текущего такта, при этом стробирование записи требуемого такта при отработке переходов поочередно чередуют сначала по входу 22 ь потом по входу 22 ь и так далее, чтобы исключить постоянное наличие на первом входе 26 логической единицы при отработке последовательно несколько условных переходов, в противном случае может записаться в счетный блок 8 ложный такт (прерывание логической единицы на первом выходе 26 обеспечивается за счет того, что по первым входам 22 и 22 поступают разнесенные во времени импульсы; на второй группе выходов 25 ь., 25 логические уровни, соответствующие такту управления, который необходимо установить по условному или безусловному переходу текущего такта. С второго 27 или третьего 28 выходов блока 10 программируемых логических матриц логический ноль поступает через элемент И 12 на вход 36 прерывания счета счетного блока 8, счет которым при этом прерывается. При наличии логического нуля на втором выходе 27 блока 10 счетчик 3 импульсов удерживается в нулевом состоянии по К-входу сброса. Логические уровни с второй группы выходов 25 ь, 25 через элементы 11 ь, 11 задержки поступают на установочные входы 37 ь, 37 счетного блока 8. Элементы 11 ь,11 задержки необходимы для кратковременной задержки изменения логических уровней на установочных входах 3737 с целью гарантированного снятия логической единицы свхода разрешения установки 26 счетного блока 8 до момента изменения логических уровней на установочных входах 37 ь., 37. Время каждого из элементов 11 ь, 11 задержки устанавливается меньше промежутка времени между передними фронтами импульсов, поступаю;цих с выходов 22, и 22 дешифратора 4, т.е. обеспечивается условие гарантированной установки необходимых логических уровней на установочных входах 3737 счетчика 8 импульсов до момента появления на его входе 26 разрешения установки логической единицы.Таким образом, при переключении счетного блока 8 на следующий так, включаются исполнительные органы блока 6 исполнительных органов в соответствии с заданной программой программируемого блока 9 мультиплексоров. При этом на вход 36 прерывания счета счетного блока 8 с блока 10 программируемых логических матриц, с выхода 27 через элемент И 12 поступает логический ноль, Счет счетным блоком 8 прервется, счетчик 3 импульсов будет удерживаться по К-входу в нулевом состоянии. При включении требуемых исполнительных органов блока 6 исполнительных органов на заданном такте и окончании работы механизмами этих исполнительных органов (контроль по датчикам 1 ь,1,) с выхода 27 блока 10 программируемых логических матриц через элемент И 12 на вход 36 прерывания счета счетного блока 8 поступит логическая единица, которая разрешит дальнейший счет счетчику 3 импульсов и счетному блоку 8, который при этом переключится на следующий такт, в соответствии с которым включатся необходимые исполнительные органы соответственно программе. На входе 36 прерывания счета счетного блока 8 появится логический ноль и счетный блок 8 прекратит счет. Счет продолжится при включении этих исполнительных органов и после окончания работы их механизмов и т.д.Если на текущем такте необходимо обеспечить по определенному условию состояния датчиков положения 1 ь, 1, или без этого условия переход на требуемый другой такт, то на вход 36 прерывания счета счетного блока 8 с третьего выхода 28 блока 10 программируемых логических матриц через элемент И 12 поступит логический ноль и счет счетным блоком 8 прервется. При этом на втором выходе 27 блока 10 будет логическая единица и счетчик 3 импульсов будет продолжать счет импульсов, поступающих с генератора 2 импульсов на его счетный вход. 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 На установочных входах 37 ь, 37 счетного блока 8 через время задержки, определяемое элементами 11 ь, 11 задержки, установятся логические уровни, соответствующие такту, на который необходимо обес 129369810 15 20 25 30 35 40 45 50 печить переход, Так как первые входы 22 и 22 г блока 1 О программируемых логических матриц соединены с ненулевым выходом дешифратора 4 и время элементов 11 ь, 11 задержки меньше промежутка времени от момента установления нового такта счетного блока 8 до момента появления импульса на входе 22 или 22 г блока 10, то на входе 26 разрешения установки счетного блока 8 будет логическая единица только после окончания установки логических уровней на установочных входах 37;,., 37 счетного блока 8. В момент записи в счетный блок 8 требуемого такта, что определяется поступлением импульса на вход 22 ь элементы 11 ь, 11 задержки задерживают логические уровни на установочных входах 370, 37. За это время на входе 26 разрешения установки счетного блока 8 устанавливается логический ноль, так как произойдет изменение текущего такта, и запись требуемого такта завершена. Если же на новом такте необходимо обеспечить другой иерехол, то с третьего выхода 28 блока 10 иа вход 36 прерывания счета счетного блока 8 опять поступит логический ноль и счетный блок 8 прервет счет. На установочных входах 37 ь, 37 через время элементов 11 ь, 11 задержки устанавливаются требуемые логические уровни и после этого иа вхол 22 г блока 10 поступит импульс и логическая единица по входу 26 разрешения установки запишет в счетный блок 8 требуемый такт. Если же на нем опять необходимо обеспечить переход, то запись требуемого такта произойдет аналогично при поступлении импульса на вход 22 блока 10 и т.л. На нулевом такте управления, т.е. при наличии на выходах 17 ь., 17, счетного блока 8 нулевых логических уровней, ио первым информационным входам 13 ь, 13 программируемого блока 9 мультиплексоров логическими единичными уровнями можно включить необходимые исполнительные органы с учетом блокировок на их включение, поступающих на стробирующие входы 18 ь,8 программируемого блока 9 мультиплексоров.Грограммируемый блок 9 мультиплексоров (фиг. 2) работает следующим образом.Мультиплексоры 15 ь, 15, пропускают на входы 19 ь, 19 р логические уровни информационных входов 21 в соответствии с поступлением логических уровней на адресные входы 17 ь 17 г, 174 и 178. Соединением шин 20 - 204 набора программ с информационными шинами 21 можно реализовать любую функцию р-переменных для количества тактов управления в два раза больше количества информационных входов мультиплексора.Пример реализации функции 12 р,5 Х 11 р,13, гле цифры обозначают такты, на которых необходимо формировать логические единицы на выходе мультиплексо. ра. Требуемая коммутация: шина 20 - Хз, шина 20 г -- Х,; шина 20 а -Хг; Х;Х; и Хя, шина 204 - ХвЗапрет прохождения сигналов на выходы 190, 19 мультиплексоров осуществляется уровнями логических единиц, поступающих на стробирующие входы 180, 18 р. При наличии нулевых логических уровней на адресных входах 17 ь 17 г, 17, и 17, мультиплексоры 15 и, 5 р на выходы 19 ь, 19 пропускают логические уровни, поступающие на первые информационные входы 13 ь, 13 р. Программируемый логический блок 9 на каждом из выходов 19 и, 9 формирует логическую единицу для включения соответствующего исполнительного органа на тех тактах управления, которые определяются логическими уровнями на адресных входах 17 ь 17 г, 174 и 17, иа которых необходимо включение исполнительного органа в соответствии с требуемой программой и ири наличии логического нуля иа соответствуюшем ему стробирующем входе 8 ь, 8,. При условии, что программируемый логический блок 9 выполнен на базе программируемых логических матриц, на информационные входы логических матриц поступают ло ические уровни с выходов 7 ь, 17, с етиого блока 8, с выходов 18 , 18 р блока 10 программируемых логических матриц и с входных шин 13 ь, 13, включения исполнительных органов. В соответствии с этими логическими уровнями на выходах программируемых логических матриц формируются при наличии логических иудей на соответствуюгцих выхолах 18, 18 р блока 10 программируемых логических матриц, логические единицы для включения ссипвлствующих исполнительных органов на трсбхемывх тактах управления или ири наличии логических единиц на соответствукнии входных пинах 13 ь, 13 р включения исполнитеы ых ор апов на нулевом такте управления.Блок 10 ирограммируч мы; лси ических матриц работает следующим образом.На выходах блока О программируемых логических матриц организуются требуемые логические уровни в зависимости от логических уровней, иостуиаючсих иа их информационные ьходьи Моус бьггь применены, например, программирус мыс логические матрицы типа К 556 РТ 1.Счетный блок 8 (фиг. 4) работает сле. дующим образом.Рабочие импульсы поступаю с иа ск.тный вход 35 ь а тактовые - иа счетный вход 35 г, причем рабочис и тактовые импульсы поступают иоочсредно и разнесены во времени. Первым полают рабочий импульс. Счет рабочих импульсов осущест. вляет счетчик 29 импульсов, счет т.кто вых импульсов . счетчик 29 г импульсов. Результаты их счета поступают в блок 30 сравнения. Блок 30 сравнения ие требует7стробирования, так как в счетном блоке 8отсутствуют гоночные ситуации (элементы31 и 312 стробируют счетные входы счетчиков 29 и 292).Предположим, что на выходе счетчика 29 импульсов будет число а, а на выходе счетчика 29 импульсов - число Ь. Если в процессе сравнения определено, что а ) ) Ь, то с соответствующего выхода блока 30 сравнения будет разрешающий сигнал на вход элемента И 322 для поступ ления тактовых импульсов на вход счетчика 29 импульсов, который будет производить счет тактовых импульсов до тех пор, пока не выполнится условие а ( Ь.Таким образом, произойдет исправление сбоя счета рабочих импульсов счетчика 29 импульсов (если сбой имел место).При этом общее количество счета определяют по количеству счета тактовых импульсов, так как на выходе счетного блока будет число, которое пропустит на выход блока 332 элементов И и блок 34 элементов ИЛИ при условии а ) Ь. Если же в процессе сравнения определено, что а ( Ь, то с соответствующего выхода блока 30 сравнения будет подан разрешающий сигнал на вход элемента И 32 для поступления ра бочих импульсов на вход счетчика 29 импульсов, который будет производить счет рабочих импульсов до тех пор, пока не исполнится условие а ) Ь. Таким образом, произойдет исправление сбоя счета тактовых импульсов счетчика 29 импульсов 1 если сбой имел место). При этом общее количество счета определяют по количеству счета рабочих импульсов, так как на выходе счетного блока будет число а, которое пропустит на выход блок 33 элемейтов И и блок 34 элементов ИЛИ при условии а ( Ь. Кроме того, для уменьшения сбоев при счете рабочих и тактовых импульсов, разрешения за счет импульсов (логические единичные уровни), поступающие на входы элементов И 32 и 322 с соот ветствующих выходов блока 30 сравнения, подаются через элементы 31 и 31 задержки соответственно. Элементы 31 и 31 задержки задерживают поступление разрешающих счет сигналов с соответствующих выходов блока 30 сравнения на время, не пре вышающее паузы между поступлением рабочих и тактовых импульсов, поступающих на счетные входы 35 и 35.При наличии логического нуля на входе 36 прерывания счета, импульсы на счетные входы счетчиков 29 и 292 импульсов не поступают и счет импульсов счетным блоком 8 прекращается. С выходов 1 ь 172, 17 и 178 снимаются логические уровни, соответствующие содержимому счетного блока 8.55При наличии логической единицы на входе 26 разрешения установки производится запись в счетчики 29 и 29 импульсов числа, соответствующего логическим уровням, поступающим на установочные входы 37 ь 372 374 и 37.Как пример реализации программируемого блока 9 мультиплексоров, а также счетного блока 8 приведены схемы на 16 тактов управления. Приведена также схема одного из вариантов реализации блока 1 О программируемых логических матриц.Устройство может быть реализовано в основном на базе микросхем серии 564 и серии 556.Из описания предлагаемого программного устройства управления очевидно, что при сбое счетного блока 8, цикл включения исполнительных органов по заданным программам и последовательностям прервется, так как не будет обеспечена отработка предыдущих тактов механизмами, т.е. не будет обеспечиваться условие наличия требуемого такта и подтверждение окончания перемещения ранее включенных механизмов в предыдущем такте, контролируемых датчиками 1 ь, 1,. Только при наличии одновременного подтверждения срабатывания включенных механизмов на текущем такте соответствующими датчиками положения, продолжится дальнейшая отработка программы.Таким образом, предлагаемое программное устройство управления имеет высокую достоверность включения исполнительных органов по заданным программами последовательностям, благодаря обеспечению контроля функционирования и повышению помехозашищенности за счет уменьшения количества элементов памяти, имеет более широкие функциональные возможности, так как реализует алгоритмы управления, содержащие как условные, так и безусловные переходы.Формула изобретенияПрограммное устройство управления, содержащее датчики положения, генератор импульсов, выход которого соединен с первым входом счетчика импульсов, выходы которого соединены с соответствующими входами дешифратора, а также выходной мо- дуль, первые выходы которого соединены с первыми входами блока исполнительных органов, вторые входы которого соединены с шиной питания, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения достоверности включения исполнительных органов, введены счетный блок, программируемый блок мультиплексоров, элементы задержки, элемент И и блок программируемых логических матриц, первые входы которого соединены с первыми выходами дешифратора, вторые входы соединены с выходами счетного блока и с первыми входами программируемого блокамультиплексоров, вторые входы которого соединены с первыми выходами блока программируемых логических матриц, вторые выходы которого через элементы задержки соединены с первыми входами счетного блока, второй вход которого соединен с третьим выходом блока программируемых логических матриц, четвертый выход которого соединен с вторым входом счетчика импульсов и с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с пятым выходом блока программируемых логических матриц, третьи входы которого соединены с выходами датчиков положения, а четвертые входы - с соответствующими входами выходного модуля и с соответствующими выходами программируемого блока мультиплексоров, третьи входы которого соединены с входными шинами включения исполнительных органов, вторые выходы дешифратора соединены с третьими входами счетного блока, четвертый вход кото рого соединен с выходом элемента И.1293698 ставитсль И. 11 л И. Ве 1 ес к 861 та СО,Р нвд лодд 35, 1 д 1 искдя ирлириятие, 22 г 222 /7 Редактор О. СерелаЗаказ 38552ВНИИПИ Госуларст113035Производственно-и Со Текре Тина енного когиите Москва, Жшграфиис кое