Устройство для сопряжения электронной вычислительной машины с двухпозиционными датчиками

(1)5 С 06 Р 3/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ еров итут инспорта(54) УСТРОЙСТВО Д РОННОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЯ ПОЗИЦИОЕЕНЫИИ ДАТЧЕ (57) Изобретение тике и вычислител быть использовано 5 ЛЯ СОПРЯБИ 1 ИЯ ЭЛГКТ НОЙ ЩРИНЕ 11 С ДВУХ- КМЖ автомаи може ах, тре тноситсяной техни в устроист ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБЕНЕНИЯМ И отНЮтИаИПРИ ГКНТ СССР(56) Певкопляс Б.В,структуры. ИнженернРадио и связь, 1986рис. 8,19.АвторскоеУ 1285454, кл бующих высокой достоверности информации о состоянии объектов управления и контроля, например в микропроцессорных системах железнодорожной автоматики и телемеханики. Цель изобретения - повьппение надежности устройства. Для достижения поставленной цели устройство содержит элемент И 2, элемент ИЛИ 3, счетчик 4, блок 5 памяти (ПЗУ), мультиплексор 6, регистр 7 сдвига, элемент 8 задержки и дешифратор 9, ЭВИ 1. В устройстве каждому из двух состояний двухпозиционных датчиков 10-12 соответствует кодовое слово, формируемое с помощью счетчика 4, ПЗУ 5, мультиплексора 6 и регистра 7 сдвига. Прием и анализ в ЭИЕ 1 от каждого датчика кодированной информации позволяет защитить устройство от ошибок, возникающих в результате сбоев или появления дефектов в отдельных узлах устройства. 3 ил.Изобретение относится к автоматике и Ьычислительной технике и может быть использовано в устройствах, требуюших высокой достоверности информации о состоянии объектов управления и контроля, например, в микропроцессорных системах железнодорожной автоматики и телемеханики.Цель изобретения - повышение на дежности устройства.Повышение достоверности информации,вводимой в ЭВМ с позиционных датчиков (например, контактов реле железнодорожной автоматики и телеме хаяси), достигается за счет того, что информация в ЭВМ о состоянии двух- позиционных датчиков вводится не одним битом (например, от контакта реле), а мнагобитовым кодовым словом, значе 50 ние которого в зависимости от состояния конкретного двухпозиционного дат.чика является известным, т.е. каждому из двух состояний каждого двухпозиционного датчика соответствует свое,25единственное кодовое слово, например,отстоящее от других .кодовых комбинаций на расстоянии оС или являющеесяпредставлением одной из Аункций Уолша,Функции определенного порядка, входящей в систему Аункций Уолша, записанной в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ). Прием и анализ от каждогодвухпоэиционного датчика кодированной инйормации позволяет защитить.устройство ввода инйормации от оши 35бок, исправлять ошибки, возникающиев результате сбоев или появления деАектов в отдельных узлах устройства,т.е. повысить помехозащищенность и40надежность устройства,На фиг. 1 показана структурнаясхема устройства; на Аиг2 - йун-кциональная схема ЭВМф на Фиг. 3 -алгоритм приема инйормации о состоянии двухпозиционных датчиков ЭВМ,45Устройство для ввода инйормацииот двухпозиционных датчиков содержитЭВМ 1, элемент И 2, элемент ИЛИ 3,счетчик 4, блок 5 памяти (ПЗУ 1),мультиплексор 6, регистр 7 сдвига,элемент 8 задержки, дешифратор 9 идвухпозиционные датчики 10-12.ЭВМ 1 выполняет следующие Функции:вьщает тактовые импульсы с первоговыхода, выдает сигнал запуска с второго выхода; выдает сигнал сбросасчетчика 4 и регистра 7 сдвига стретьего выхода; устанавливает двоичный код на адресных входах мультиплексора б; воспринимает запрос прерывания по второму входу; считывает выходной код регистра 7 сдвига по первому входу; сравнивает считанный код с кодами, хранящимися в ПЗУ и соответствующими конкретному двухпозиционному датчику 10-12, Аормирует коды состояния каждого двухпозиционного датчика 10-12 в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ).В качестве ЭВМ 1 можно использовать, например, микропроцессорный контролер, выполняющий перечисленные Аункции, в частности КТС ЛИУС 2, имеющий широкий набор Функциональных блоков для связи с периферийными устройствами. ЭВМ 1 на базе КТС ЛИУС 2 (йиг, 2) состоит из элемента 13 управления, ОЗУ 14, ПЗУ 15 и элементов 16 и 1 ввода. В качестве элемента 13 используется элемент управления КС 59.01, выполненный на генераторе тактовых импульсов. Выход генератора тактовых импульсов является первым выходом ЭВМ 1 и соединен с первым входом элемента И 2. В качестве ОЗУ 14, в котором записывается кодированная инйормация о состоянии двухпозиционных датчиков, может быть использо вано ОЗУ КС 54.09 или КС 54.10. В качестве ПЗУ 15, в котором содержатся кодовые комбинации, соответствующие кодовым комбинациям, записанным в ПЗУ. 5, и которые используются для сравнения с содержимым регистра 7 сдвига в результате последовательной записи в регистр 7 сдвига и через один из двухпозиционных датчиков 10- 12 и мультиплексор б инФормации с этого ПЗУ 5, может быть использовано перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) КС 54 .34 .В ПЗУ 15 содержится рабочая программа накопления и обработки инйормации ЭВМ 1, алгоритм по приему информации с регистра сдвига 7 которой приведен на Фиг. 3. В качестве элемента 16, посредством которого выполняются Аункции установки кода на адресных входах мультиплексора 6, посредством которого один из входов данных соединяется с выходом мультиплексора, а также выдачи сигнала сброса двоичного счетчика 4 и регистра 7 и сигнала запуска, посредством которого через элемент И 2 и элемент ИЛИ 3 на тактовые входы двоичного5164счетчика 4 и регистра 7 сдвига поступают тактовые импульсы, может быть использован элемент вывода дискретныхсигналов КС 35,03 или КС 35.04, имеющий 32 канала вывода (элемент имеет четыре восьмиразрядных порта вывода). Если два канала вывода дискретных сигналов одного из портов вывода использовать для выдачи через них сигналов сброса и запуска, то оставшимися тридцатью каналами вывода можно управлять мультиплексором 6 с числом входов данных 2При такой реалиозации элемента 16 можно через мультиплексор б подключать к регистру 2 двухпозиционных датчиков 10-12, т.е, количество используемых каналов вывода как адресных разрядов на адресных входах мультиплексора б зависит от количества двухпозиционных датчиков10-12. В качестве элемента 16, Формирующего запрос прерывания при окончании записи в регистр 7 сдвига кодовой последовательности из ПЗУ 5 черезодин из двухпозиционных датчиков 1012 и мультиплексор 6, а также посредством которого производится считывание информации с выхода регистра 7 сдвига, может быть использован элемент ввода дискретных сигналов КС34.06, имеющий 32 канала ввода (четыре порта ввода) дискретных сигналов и один канал ввода Формирования запроса прерывания при изменении логического уровня сигнала на входе этого канала с нулевого на единичный.Функции установки адреса на адресных входах мультиплексора 6, Формирования сигналов сброса и запуска,считывания информации с выходов регистра 7 сдвига и Ьормйрования запроса прерывания, т.е. Функции, реализуемые элементами 16 и 17,можно реализовать одним элементом, например, КС 52.12 - контроллером бит-параллельным, имеющим два порта вывода (возможна органиэация связи через мультиплексор 6 с регистром сдвига 2 двухпозиционных датчиков 10-12) и два порта ввода (возможно формирование кодовых последовательностей, записываемых в регистр 7 сдвига, разрядностью 16 битов при использовании одного элемента КС 52.12). Возможно включение в состав ЭВМ 1 нескольких элементов КС 52.12, что позволяет увеличить разрядность регистра 7 сдвига и количество двухпози 95246ционных датчиков 10-12 путем соответствующего соединения портов вводаи вывода элемента с соответствующимивыходами регистра 17 сдвига и входов селекции мультиплексора 6.В устройстве разрядность .счетчика4 соответствует количеству ячеекПЗУ 5 и разрядности регистра 7 сдвига и определяется следующим соотношением: 2 =И=Кп.У Разрядность каждой ячейки ПЗУ 5,количество входов данных и адресныхвходов мультиплексора 6 соответствует количеству двухпозиционных датчиков 10-12 и определяется следующимсоотношением.258Р=О=2 =С,количество двухпозиционныхдатчиков 10-12;количество входов данныхмультиплексора 6;количество входов селекциимультиплексора б;2 К - разрядность каждойячейки ПЗУ 5. где Р -30 35Устройство работает следующим образом,ЭВИ 1 является многофункциональнымустройством, поэтому для выполнения функций, возлагаемых на него по считыванию информации о состоянии двух- позиционных датчиков 10-12, в негонеобходимо ввести рабочую программУ.Для считывания информации о состо янин двухпозиционных датчиков 10-12,начиная, например, с двухпозиционного датчика 10 ЭВИ 1 производит последовательно следующие операции:1Выдает на третий выход сигнал"Сброс". Реализация такой операции может быть осуществлена следующим образом. В разряд регистра порта элемента 16 ввода дискретных сигналов, соединенного с третьим выходом 55 ЭВИ 1, щж первом обращении записывается уровень сигнала, соответствующий требуемому уровню для сброса содержимого счетчика 4.и регистра 7 сдвигде и - разрядность двоичного счет 15 чика 41И - количество ячеек в ЛЗУ 5;Й - разрядность регистра сдвига 7.16495 7га, Повторным обращением к этому же порту вывода значение этого разряда регистра инвертируется и сигнал сброса снимается. В результате этого на выходах счетчика 4 и регистра 7 сдвига устанавливается нулевой код, На выходе дешифратора 9 логический уровень сигнала также равен нулю. На втором входе элемента И 2 также присутствует сигнал "0", что не позволяет тактовым импульсам с первого выхода ЭВИ 1 попасть через элемент ИЛИ. 3 на вход счетчика 4 и регистра 7 сдвига;152. Выдает на четвертый выход код, соответствующий подключению к выходу мультиплексора 6 первого входа данных (первого двухпозиционного датчика 10). Операция выдачи кода осуществляется путем записи в регистр порта вывода элемента 16 дискретных сигналов значения кода соответствующего коммутации первого входа данных с выходом мультиплексора 6; 253. Выдает на второй выход сигнал "Запуск" и настраивает элемент 7 ввода дискретных сигналов на формирование запроса прерывания при изменении уровня сигнала на выходе дешифратора 9. Реализация выдачи сигнала "Запуск" аналогична описанной выдаче сигнала "Сброс" на третий выход ЗВМ 1В результате выдачи сигнала "Запуск", поступившего на второй вход элемента ИЛИ 3, на тактовый вход счетчика 4 поступает импульс с выхода элемента ИПИ 3, На выходе самого младшего разряда счетчика 4 сигнал становится равен "1". При этом на выходе дешифратора 9 появляется сигнал "1 ", кото рый поступает на второй вход элемента И 2. Через элементы И 2 и ИЛИ 3 на вход счетчика 4, а также через элемент 8 задержки на вход сдвига регистра 7 сдвига поступает импульс- Ф 45 ная последовательность, формируемая генератором тактовых импульсов в элементе 13 ЭВИ 1. С приходом каждого тактового импульса на вход счетчика 4 значение его выходного кода инкрементируется и по приходу двух тактовых импульсов на вход счетчика 4 на всех. его выходах устанавливаются единичные значения сигнала, (2 +и + 1)-й тактовый импульс устанавлива ет на выходах счетчика 4 нулевой код, появление которого на входе дешифратора 9 приводит к появлению 24на выходе дешифратора 9 сигнала с уровнем "0", При этом прекращается прохождение тактовых импульсов через элемент И 2 и на входе ЭВМ 1 происходит изменение уровня "0" на уровеньПри срабатывании счетчика 4 на время периода следования тактовых импульсов на выходе ПЗУ 5 появляютсяданные, записанные в ячейках ПЗУ 5,выборка которых производится значением кода на выходах счетчика 4, соединенных с соответствующими адресными входами ПЗУ 5. В зависимости от адреса, установленного на адресных входах мультиплексора 6, н состояния соответствующего двухпозиционного датчика 10-12 один из выходов данных ПЗУ 5 соединяется с 0-входом регистра сдвига, на вход сдвига которого также поступают тактовые импульсы с выхода элемейта ИЛИ 3 через элемент 8 задержки. Элемент 8 задержки представляет собой любой логический элемент,например, элемент НЕ или элемент И (И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ) с соединенными между собой входами, параллельновходу которого относительно общей шины включен конденсатор емкостьюв несколько сотен пикофарад, а последовательно этим входам включен резистор сопротивлением около 100 Ом. Таким образом, очередной тактовый импульс приводит к срабатыванию счетчика 4, выходной код с которого приводит к появлению на выходе ПЗУ 5 содержимого очередной ячейки. Каждый нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакт всех двухпозиционных датчиков соединен с соответствующим выходом данных 00 0 1Пс-ПЗУ 5. В регистр 7 сдвига записывается приходящая кодовая последовательность, появляющаяся на одном из выходов данных ПЗУ 5 при считываниисодержимого ячеек этого ПЗУ 5. Формирование кодового слова на выходах регистра 7 сдвига производится путем записи в одноименные разряды (ячеек ПЗУ 5) по мере увеличения адреса ячеек ПЗУ 5, например, кодовых комбинаций, отстоящих от кодовых комбинаций других одноименных разрядов ПЗУ 5 на расстоянии Мили записи в одноименные разрядов ячеек ПЗУ 5 кодовых комбинаций, входящих в систе му функций Уолша.Элемент 8 задержки обеспечивает запись в регистр 7 сдвига данных, соответствующих текущему адресу на входах ПЗУ 5.5После выдачи сигнала "Запуск" ЭВИ 1 настраивает элемент 17 ввода на Формирование запроса прерывания по окончании цикла записи информации в регистр 7 сдвига о состоянии конкретного двухпозиционного датчика 10-12.Такая настройка реализуется либо путем обращения к четвертому порту элемента 17 ввода гпгскретных сигналов, что приводит к снятию интерфейсного сигнала запроса прерывания, либо подачей на вход элемента 17 ввода дискретных сигналов сигнала установки.20Таким образом, элемент 17 ввода дискретных сигналов Формирует запрос прерывания по окончании просчета счетчиком 4 всех возможных комбинаций 2 по переходу логйческого зна чения сигнала с единичного значения на нулевое. ЭВИ 1 переходит на подпрограмму обслуживания прерыванияи считывает содержимое регистра 7 сдвига через информационные входы, соединенные с элементом 17 ввода .дискретных сигналов. Анализ состояния конкретного двухпозиционного датчика 10-12 производится путем побайтного сравнения содержимого регистра 7 сдвига и пары кодовых комбинаций, запи 5 санных в ПЗУ 15 .ЭВМ 1, соответствующих конкретному двухпозиционному датчику 10-12.Соответствие между информацией, записанной в ПЗУ 5, и информацией, записанной в ПЗУ 15, осуществляется следующим образом независимо от способа кодирования этой информации.К-разрядный код, записанный в регистр 7 сдвига путем последовательного считывания одного соответствующего разряда со всех И ячеек ПЗУ 5; сравнивается побайтно с кодом, запи. санным К/8 байтами в ПЗУ 15. Коли. - чество ячеек ПЗУ 15, необходимое50 для записи кодовых комбинаций, соответствующих кодовым комбинациям, Формируемым на одноименных разрядах ПЗУ 5, и определяемое количеством двухпозиционных датчиков, составляет 55 2 Р К/8: РК/4, где Р - количество двухпозиционных датчиков; К/8 - количество байтов ПЗУ 15 дпя проверки состояния одного двухпозиционного датчика 10-12.Сравнение считанной из регистра сдвига 7 кодовой комбинации осуществляется известными в программированни микроЭВИ средствами. В результате сравнения сформированной кодовой комбинации в регистре 7 сдвига с кодовой комбинацией соответствующих ячеек ПЗУ 15 в ОЗУ 14 формируется последовательность кодовых комбинаций, каждая из которых соответствует одному из двух состояний соответствующего двухпозиционного датчика 10 (1, 12). Полученная таким образом информация о состоянии двухпозиционных датчиков 10-12 может быть использована для включения-выклгочения соответствующих объектов управления.Возможные сбои при считывании ин Формации с регистра 7 сдвига и записи информации о состоянии конкретного датчика в ОЗУ 14 устраняются на основе цикличности функционирования устройства, Сбои и ошибки, могушие возникнуть в текущем цикле контроля, ликвидируются в следующем и в связи с инерционностью устройств управления (например, электромагнитные реле железнодорожной автоматики и телемеханики) не воспринимаются этими устройствами управления,Таким образом, в устройстве аппаратные отказы и программные сбои устраняются. на основе цикличности Функционирования устройства и имеющимися априорными данными о вероятности появления одной из двух кодовых комбинаций на выходах регистра 7 сдвига для конкретного двухпозиционного датчика 10-12, т.е. существует однозначно соответствие между адресами ячеек ПЗУ 15 и адресами на адресных входах мультиплексора 6, в результате чего содержимое соответствующих ячеек ПЗУ 15 однозначно сравнивается с содержимым регистра 7 сдвига, инФормация в/который записывается через соответствующий двухпозиционный датчик 10-12. Любые алпаратурные и программные сбои приводят к нарушению этого соответствия, в результате чего сравниваются между собой отличающиеся друг от друга кодовые комбинации, считанные с регистра 7 и ПЗУ 15. При этом возможно два подхода в реализации алгоритма Функционирования устройства1649524 12 Формула и з обретения 1. Кодирование записанной в ПЗУ 5 и 15 информации введением избыточности (введение в кодовые комбинации ПЗУ для каждого двухпозиционного датчика информационных и проверочных символов, как это реализовано в кодах Хемминга) с целью обнаружения и исправления кодовой комбинации, которая подвергалась сбою.2. Достаточно простой избыточности обнаружения ошибок, при которой не производится обнаружение и исправление подвергшейся сбою кодовой комбинации, а просто результаты ввода и анализа. анулируются, устройство переходит к режиму ввода информации о состоянии последующих двухпозиционных датчиков 10-12 и анализа их состояния. Кодирование содержимого ПЗУ 5 и 15 производится в этом случае, .например, комбинациями, входящими в систему функций Уолша.Таким образом, устройство исклю. - чает возможность формирования ложной инФормации о состоянии любого двух- позиционного датчика 10-12, чем исключает возможность иа основании этого выдачи команд на устройства управления (например, железнодорожные стрелки, светофоры и т.п.), приводящих к аварийной ситуации (опасным отказам). Применение предлагаемого устройства в микропроцессорных и других микроэлектронных системах автоматики и телемеханики позволит обеспечить высокий уровень безопасности и помехозащищенности проектируемых систем автоматики и телемеханикина новой элементной базе.,Устройство дия сопряжения элект 5ронной вычислительной машины с двухпозиционными датчиками, содержащеемультиплексор, счетчик, блок памяти,регистр, элемент И, информационныевыходы счетчика соединены с входамиблока памяти, информационные входымультиплексора подключены к выходамдатчиков, первый вход элемента Иподключен к тактовому выходу электрон.ной вычислительной машины, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения надежности устройства,в него введены элемент ИЛИ, элементзадержки, выход элемента И соединенс первым входом элемента ИЛИ, второй2 О Вход которого подключен к выходузапуска электронной вычислительноймашины, выход элемента ИЛИ соединенсо счетным входом счетчика и черезэлемент задержки с входом сдвига ре 25 гистра, выходы которого подключенык информационным входам электроннойвычислительной машины, входы сбросасчетчика и регистра подключены к выходу сброса электронной вычислительной машины, выход переполнения счетчика соединен с вторым входом элемента И и подключен к входу запроса прерывания электронной вычислительноймашины, выходы блока памяти подключены к входам датчиков, адресные входы мультиплексора подключены к адресным выходам электронной выислительной машины, а выход соединен с информационным входом регистра,1649524 Составитель И. Карповаедактор Л. Пчолинская Техредд.Олийнык Корректор Т. Палийте%юФ Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж ул. Гагарина,Заказ 1522 Тираж 416ВНИИПИ Государственного комитета по изобретения113035, Москва, Ж, Раушская Подписноеи открытиям нб., д. 4/5