Каскадный коммутатор

. (51)5 Н 03 К 17/ % ГОСУ ПОИ ПРИ Г К А ОРСКОМУ С ЕЛЬСТВУ. (54) (57) И рител татар систе к одн телю лей. облас ител ра исте одн люЦние о одно входн зсван увели ью изобретени асти использов еменного фик х сигналов во в я незадейство ния верхней гр емых входных я являетс ания путе ирования ех канала анных ка аничнойча сигналов я расширем введения значений х и испольналов для стоты коми коммутаути РСТВЕННЫИ КОМИТЕТБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМНТ СССР 02.8911.90. Бюл. М 43ециальное конструкторское бюро наприборостроения с опытным произом АН ЛатвССРЛ.Смильгис, З.А.Жихарс и М.А.Элстс1.382 (088.8)торское свидетельство СССР2494, кл. Н 03 К 17/00, 1986.торское свидетельство СССР2451, кл. Н 03 К 17/00, 1985,СКАДНЫЙ КОММУТАТОРобретение относится к электроизменой технике и, в частности, к коммум измерительных. информационных , предназначенных для подключения му аналого-цифровому преобразоваескольких первичных преобразоватеель изобретения - расширение и использования. Устройство содеробретение относится к электроизменой технике, в частности к коммутаизмерительных информационных , предназначенным для подключения му аналого-цифровому преобразоваескольких первичных преобразоватежит выходнои коммутатор, к входам которого последовательно подключены Й усилителей и Й групповых коммутаторов. Достижение цели обеспечивается введением К й устройств выборки-хранения, блока управления и усилителя с соответствующими связями, Блок управления содержит триггер, генератор тактовой частоты, два элемента И, формирователь задержки, два элемента ИЛИ, дешифратор, мультиплексор, два счетчика, блок стробирования устройств. выборки-хранения и блок синхронизации коммутаторов. Изобретение обеспечивает расширение области применения путем одновременного фиксирования значений входных сигналов во всех каналах и использования незадействованных каналов для увеличения верхней граничной частоты коммутируемых входных сигналов и коммутации импульсных сигналов с высокой скоростью нарастания, 1 з.п.ф-лы, 6 ил. ции импульсных сигналов с высокой скоростью нарастания,На фиг. 1 представлена функциональная схема каскадного коммутатора; на фиг, 2 - функциональная схема блока управления; на фиг. 3 - схема блока стробирования устройств выборки-хранения; на фиг. 4 - схема блока синхронизации коммутаторов; на фиг, 5 - схема формирователя задержки; на фиг. 6 - временная диаграмма работы коммутатора,Каскадный коммутатор содержит в каждом из й каналов на каждом из К входов устройство 11 - 1 к выборки-хранения. В ыходы устройств (11 - 1 к)й выборки-хранениявторой, третий и четвертый входы являются 20 25 30 дам элементов ИЛИ 11 и 15 и первому входу 35 40 45 50 55 подключены к входам соответствующих групповых коммутаторов 21 - 2 и, Выход каждого группового коммутатора 21 - 2 м подключен через соответствующий усилитель 31 - Зи к соответствующему входу выходного коммутатора 4. Последний соединен выходом с усилителем 5, выход которого является выходом каскадного коммутатора. К стробирующим входам устройств 11 - 1 к выборки-хранения подключены К выходов блока 6 управления, М выходов которого подключены к соответствующим входам синхронизации групповых коммутаторов. К+1-ый выход блока 6 управления подключен к входу синхронизации выходного коммутатора 4, выходная шина которого является выходом импульса "Готов" каскадного коммутатора, Первый вход блока 6 управления является входом импульса "Пуск",соответственно входами установки кодов "Режим", "Количество циклов" и "Количество каналов" каскадного коммутатора.При этом блок б управления содержит триггер 7, генератор 8 тактовых импульсов,первый элемент И 9, формирователь 10 задержки, первый элемент ИЛИ 11, второй элемент И 12, дешифратор 13, мультиплексор 14, второй элемент ИЛИ 15, первый счетчик 16, второй счетчик 17, блок.18 синхронизации коммутаторов, блок 19 стробирования устройств выборки-хранения, Причем первый вход блока б управления подключен к входу установки триггера 7, к первым вховторого счетчика 17, выход которого является выходом импульса "Готов" блока 6 управления и подключен к входу сброса триггера 7, Выход последнего соединен с первым входом элемента И 9, к второму входу которого подключен генератор 8 тактовой частоты. Выход элемента И 9 подключен к первому входу мультиплексора 14, а через формирователь 10 задержки к второму, третьему и четвертому входам мультиплексора 14, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика 16, К другому входу счетчика 16 подключен выход второго элемента ИЛИ 15. Один выход первого счетчика 16 соединен с блоком 19 стробирования устройств выборки-хранения, другой выход соединен с блоком 18 синхронизации коммутаторов, а третий подключен к объединенным входам второго элемента ИЛИ 12 и второго элемента ИЛИ 15 и подключен к счетному входу второго счетчика 17.Входы дешифратора 13, мультиплексора 14 и второй вход блока 19 стробирования устройств выборки-хранения объединены и являются вторым, входом "Режим" блока 6 5 10 15 управления. Третий вход второго счетчика17 является третьим входом "Количествоциклов" блока 6 управления, а третий входпервого счетчика 16 является четвертымвходом "Количество каналов" блока б управления, К выходов блока 19 стробированияустройств выборки-хранения являются К выходами блока 6 управления, М выходов блока 18 синхронизации коммутаторовявляются й выходами блока б управления, а(И+1)-й выход блока 18 синхронизации коммутаторов является (И+1)-м выходом блока6 управления,Кроме того, блок 19 стробирования устройств выборки-хранения может, например, содержать дешифраторы 201 - 20 к.первые и вторые входы которых объединеныи являются первым и вторым входами блока19, выходами которого являются выходы дешифраторов 201 - 20 к.Блок 18 синхронизации коммутаторовможет, например, содержать дешифраторы211 - 21 и и дешифратор 22, входы которыхобъединены и являются входом блока 18,выходы дешифраторов 211 - 21 и являютсявыходами блока 18, а выход дешифратора22 - третьим выходом блока 18.Формирователь 10 задержки может содержать, например, счетчик 23, триггеры24 - 26 и элементы И 27 - 29, выходы которых являются вторым, третьим и четвертымвыходами формирователя 10, Счетный вход .счетчика 23 объединен с первыми входамиэлементов 27-29 и является первым входомфромирователя 10, второй вход которогоподключен к входу сброса счетчика 23 ивходам сброса триггеров 24 - 26. Выходысчетчика 23 подключены к входам установкив "1" триггеров 24 - 26, выходы которыхподключены к вторым входам элементов И27 - 29.Устройства 11 - 1 к выборки-хранениямогут быть выполнены, например, на устройствах выборки-хранения К 1100 СК 2.Каскадный коммутатор работает следующим образом.Коммутатор может работать в четырехрежимах; коммутации входных сигналов, сосдвигом их значений последовательно вовремени; коммутации значений входныхсигналов, которые одновременно зафиксированы в памяти каждого канала в определенный момент времени (мгновенныезначения); коммутации высокочастотныхсигналов и коммутации импульсных сигналов.Перед началом работы посредством установки на входах "Количество каналов","Количество циклов" и "Режим" определенных кодов выбираются параметры коммута 1008792. а именно количество коммутируемыхалов в цикле коммутации и количествоих циклов, а также режим работы каскадо коммутатора.Каскадный коммутатор осуществляетхступенчатую коммутацию с возможною запоминания мгновенных значенийдных сигналов. Запоминание мгновенх значений входных непрерывных сигнаосуществляется устройствами 11 - 1 кборки-хранения, содержащимися в кажканале. Двухступенчатая коммутацияществляется И групповыми коммутатои 21 - 2 м и выходным коммутатором 4.и этом групповые коммутаторы 21 - 2 и иодной коммутатор 4 коммутируются соигом во времени (фиг. 6), Со сдвигом вомени происходит коммутация групповыхмутаторов 21 - 2 и между отдельнымиппами,В исходном состоянии в блоке 6 управия триггер 7 и формирователь 10 задернаходятся в состоянии логического "0",ходы блока 19 стробирования устройстворки-хранения находятся в состоянииичес кой "1".По приходу импульса "Пуск", триггер 7еходит в состояние логической "1", а втчики 16 и 17 записываются установленна входах коды, определяющие количео каналов и количество циклов,тветственно, При этом триггер 7 разрут проход через логический элемент И 9енератора 8 тактовых импульсов, Начится первый цикл коммутации.При первом режиме работы входныеалы О 1-1 - О-к проходят через устрой 11 - 1 к выборки-хранения и последоваьно один за другим через групповыемутаторы 21 - 2 и, усилители 3, выходноймутатор 4 на выход усилителя 5, которыйется выходом каскадного коммутатора.этом тактовые импульсы генератора 8овой частоты, проходя через логическийент 9 и мультиплексор 14, поступают наный вход, счетчика 16. Текущий кодчика 16 дешифрируется дешифратора 11 - 21 и и дешифратором 22 блока 18ронизации коммутаторов. Одноврено в блоке 19 стробирования устройстворки-хранения дешифраторами 201дешифрируется код режима, поступаюна вход "Режим" блока 6 управления,ифраторы 201 - 20 к, 211 - 21 и и 22 могутвыполнены, например, на постоянном 5минающем устройстве - микросхемах5 РЕЗ, К 556 РТ 5, К 556 РТ 7 и т,д, Блоки18 вырабатывают сигналы управленияойством (1.1 - 1. К)М выборки-хранения,повым и выходным коммутаторами,ц икантан г д ст вх н ло в до ос ра П вы сд вр ко гр ле жк ав вы ло пе сч ны ст со ша от на сиг ств тел ко ко явл Пр так эле сче сче ми син мен вы 20 к щи Де быт зап К 1 19 уст гру При первом режиме работы на входыстробимпульса устройств (11 - 1 к)М выборки-хранения поступает логическая "1", Что обеспечивает проход входных сигналов че рез устройство 11- 1 к выборки-хранения втечение времени коммутации входных сигналов, К выходу первого группового коммутатора 2 подключается первый канал О 1-1. С задержкой времени 0 тактовых импульсов, 10 где = 1, 2, е) к выходу второго групповогокоммутатора подключается второй канал (О 2-1). С такой же задержкой поочередно подключаются к выходам других Й групповых коммутаторов последующие Й входов 15 (Ом). С задержкой времени (3 тактовых импульсов, где = 1, 2 е) относительно группового коммутатора 2 включается выходной коммутатор 4. подключая на определенное время к выходу коммутатора соответствую щий входной сигнал, проходящий черезгрупповой коммутатор 2. После подключения первого канала каждой М группы (О 1-1.О 2-1, , Ов) к выходу коммутатора коммутируются аналогично вторые и последую- .25 щие каналы каждой группы.Таким образом коммутация продолжается до тех пор, пока счетчик 16 подсчитает заданное количество импульсов, соответствующее выбранному числу каналов йвыбр. ЗО При переполнении счетчик 16 формируетимпульс, который с выхода счетчика 16 поступает через логический элемент ИЛИ 15 на его вход, при этом записывая в счетчик 16 новый код выбранного количества кана лов. Сформированный счетчиком 16 импульс поступает также на счетный вход, счетчика 17, который подсчитывает количество циклов. Коммутация входных сигналов, согласно выбранному количеству каналов, 40 продолжается до тех пор, пока счетчик 17подсчитает заданное количество циклов, Затем счетчик 17 формирует сигнал окончания коммутации, который поступает на вход сброса триггера 7, чем запрещается проход 45 импульсов генератора 8 тактовых импульсов через логический элемент 9, и режим коммутации прекращается. Сигнал окончания коммутации является одновременно сигналом "Готов". Следующий режим ком мутации начинается с приходом следующе го импульса "Пуск".Во втором режиме работы мгновенныезначения входного сигнала запоминаются одновременно во всех каналах устройством 5 11 - 1 к выборки-хранения, после чего каждый какал последовательно один за другим подключается к выходу каскадного коммутатора аналогично, как и в первом режиме работы, Одновременная синхронизация всех устройств 11 - 1 к выборки-хранения(перевод в состояние хранения) организует ся блоком 19 стробирования устройств выборки-хранения перед каждым циклом коммутации, Для этого после поступления сигнала "Пуск" цикл коммутации начинается с заданной задержкой, соответствующей осуществляемому режиму и определяемой формирователем 10 задержки.По истечении времени задержки этогорежима блок 19 стробирования устройств выборки-хранения формирует на выходах(1 - К) логический "0", и устройства (11 - 1 к)М выборки-хранения переходят в состояние хранения, Следующее состояние - слежения устройств (11 - 1 к)М выборки-хранения организуется после коммутации всех выбранных каналов, Для этого сигнал, сформированный счетчиком 16 через логические элементы И 12 и ИЛИ 11, сбрасывает формирователь 10 задержки, в результате чего организуется пауза для стробирования устройств (11 - 1 к)И выборки-хранения. После окончания коммутации, сброса триггера 7 блок 19 стробирования устройств выборки- хранения формирует на всех выходах логическую "1" и переводит устройства (1 1 - 1 к)М выборки-хранения в состояние слежения.В формирователе 10 задержки тактовыеимпульсы генератора 8 тактовой частоты поступают на входы логических элементов И 27 - 29 с задержкой (через определенное количество импульсов), которая определяется счетчиком 23. По истечении времени задержки, т,е. когда происходит переполнение счетчика 23 на одном из его выходов формируется сигнал, Этот сигнал переводит в состояние единицы соответствующий триггер 24 - 26, который разрешает дальнейший проход импульсов тактовой частоты через логический элемент.В третьем режиме каскадный коммутатор для увеличения частоты коммутации(т,е.частоты входных сигналов) запоминание мгновенных значений и их коммутацию осуществляет для каждого входного сигнала всеми группами каналов, где каждый канал группы работает со сдвигом во времени, При этом каждый входной сигнал подключается на соответствующий вход каждой группы каналов, например первый коммутируемый сигнал поступает на О 1-1,, Ои.1 каналы, второй - О 1-2, , Оыканалы и так далее до 01-к, Ов-к. После сигнала Пуск одновременно запоминаются мгновенные значения всех входных сигналов, По прохождении времени, необходимого для стробирования устройств выборки-хранения, которое определяется формирователем 10 задержки и форми руется на втором его выходе, начинается,цикл коммутации, выпол няющийся аналогично, как в первом режиме работы, С соответствующим сдвигом относительно момента стробирования устройств 11 - 1 к выборки-хранения первых каналов каждой группы О 1-1, О 2-1, ., Оистробируются вторые и последующие каналы каждой групйы, Причем стробируются так, что частота коммутации Ьк определяется только параметрами быстродействия коммутаторов, а не параметрами быстродействия уст 10 ройств (11 - 1 к)М выборки-хранения.В четвертом режиме работы (коммутация импульсных сигналов) каждый коммутируемый сигнал подключается на несколько соответствующих входов каждой группы ка 15 налов, аналогично как и в третьем режиме, Отличие от третьего режимазаключается в том, что уменьшается интервал времени между мгновенными значениями входного 20 сигнала, которые запоминаются в устройствах (11 - 1 к)М выборки-хранения за счет их стробирования со сдвигом во времени для каждого входного импульсного сигнала, После каждого такого запоминания устройствами (11 - 1 к)й выборки-хранения, далее коммутация входных сигналов организуется аналогично, как в первом режиме работы 25 каскадного коммутатора.Использование предлагаемого каскадного коммутатора позволяет получить в необходимый момент времени значения всех 30 входных сигналов и создать многоканальные системы для комплексного исследования динамики контролируемых процессов, Такие системы характеризуются простотой 35 реализации и небольшой стоимостью, таккак требуют только одного аналого-цифрового преобразователя или цифрового регистратора,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения области использования, введены К К устройств выборки-хранения, блок управления и дополнительный усилитель, причем выход выходного коммутатора под 50 ключен к входу дополнительного усилителя, выход которого является выходом каскадного коммутатора, К входов каждого из М групповых коммутаторов подключены к выходам устройств выборки-хранения, входы кото 55 рых являются входами каскадного коммутатора, стробирующие входы устройств выборки-хранения подключены к К соответствующим выходам блока управления.М соответствующих выходов которого подключены к входам синхронизации М группо 40 Формула изобретения 1, Каскадный коммутатор, содержащий выходной коммутатор, к входам которого подключены соединенные последовательно М усилителей и Й групповых коммутаторов,10 1608792 коммутаторов, (й+ й выход блока управ ду синхронизации в а, а выходная шина яется выходом имп м первый вход блока ходом импульса "Пу етвертый входы блок я соответственно вхо"Режим", "Колич личество каналов" ка 1)-й соответствуюления подключен к ыходного коммутаблока управления ульса "Готов", при 5 управления являетск", второй, третий а управления явля- дами установки коество циклов" и 1 скадного коммутася в ют до ме эл со уст пркл ляератривыкот, пуси" Режи,кол .,вол.циоод ланааобФиг Г 2, Коммутатор по п. 1, о т л и ч а ю щ и йя тем, что блок управления содержит триге, генератор тактовой частоты, два элета И, формирователь задержки, два мента ИЛИ. дешифратор, мультиплек, первый счетчик, блок стробированияойств выборки-хранения, блок синхрои ации коммутаторов и второй счетчик, 20 чем первый вход блока управления подчен к входу установки триггера, к перы входам элементов ИЛИ и первому хо у второго счетчика, выход которого явся выходом импульса "Готов" блока уп ления и подключен к входу сброса гера, выход которого соединен с переходом элемента И, к второму входу рого подключен генератор тактовой чаУ стоть 1, выход элемента И подключен к первому входу мультиплексора, а через формирователь задержки - к второму, третьему и четвертому входам мультиплексора, выход которого соединен с счетным входом первого счетчика, к другому входу которого подключен выход второго элемента ИЛИ, один выход первого счетчика соединен с блоком стробирования устройств выборки-хранения, другой выход соединен с блоком синхронизации коммутаторов, а третий подключен к объединенным входам второго элемента И и второго элемента ИЛИ и подключен к счетному входу второго счетчика, при этом второй вход "Режим" блока управления подключен к входам дешифратора, мультиплексора и блока стробирования устройств выборки-хранения, третий вход блока управления "Количество циклов" подключен к третьему входу второго счетчика, а четвертый вход "Количество каналов" соединен с третьим входом первого счетчика, кроме того К выходов блока стробирования устройств выборки-хранения являются К выходами блока управления, й выходов блока синхронизации коммутаторов являются й выходами блока управления, а (И+1-й выход блока синхронизации коммутаторов является (И+1-м выходом блока управления,1608792 4Я фл ) зф 1 1 г 1 11 Ф тТ ф Ъ Ъ Ою А о 3035, Мо ж 5, Раушскэя наб., 4/5 Производственн эдательски ом и ат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1