Устройство для ввода информации

978 А СОЮЭ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН ОЮ 1 ЯО11006 РЗ/ ЕТ СССР ТНРЬГГИЙ Ь,БРЕТЕНИ" Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Таганрогский радиотехнический институт им. В,Д.Калмыкова (53) 681.327 (088,8)(56) 1, Авторское свидетельство СССР У 840870, кл. 0 06 У 3/04, .1981.2. Авторское свидетельство СССР 9 842775, кл, 0 06 Р 3/04 1981. .(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА ИНФОРИЩИИ, содержащее блок сравнения, первый регистр, второй регистр, выходы. которого соединены с входами первой группы блока сравнения и входами группы первого регистра, выходы которого соединены с входами второй группы блока сравнения, о т л и- . ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в него введены первый и второй блоки кодцрования, блок управления и третий регистр, входы группы которбго ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙОПИСАНИЕ являются входами группы устройства, выходы третьего регистра соединены с входами первого блока кодирования, выходы которого соединены с входами группы второго регистра, вход которого соединен с первым выходом блока .управления, второй выход которого соединен с входом блока сравнения, выход блока сравнения соединен с первым входоы блока управления и является выходом устройства, третий выход блока управления соединен с входом третьего регистра и входом первого регистра, выходы которого соединены с входами первой группы второго блока кодирования, входы второй группы которого соединены с выходом Е второго регистра, четвертый выход блока управления соединен с Входом второго блока кодирования, выходы которого являются выходами группы устройства, второй вход блока управления является первым входом устрой- Я ства, третий вход блока Управления является третьим входом устройства..1087978 2, Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит первый и второй триггеры, дешифратор, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй элемен- ты И, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с вторыми входами первого триггера и второго триггера, выход которого соединен с вторым входом дешифратора, первый выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ и является третьим выходом блока, третьи входы первого и второго триггеров являются вторым входом блока, третий вход первого элемента И является третьим входом блока, вторые входы первого и второго элементов И являются перИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для построения автоматических систем управления территориально распределенными 5 технологическими объектами.Известное устройство для ввода информации от дискретных датчиков, содержащее датчики, первый и второй регистры для хранения текущего и предыдущего наборов значений состояний датчиков, блок сравнения этих наборов, шифратор и логические схемы И и ИЛИ для управления работой устройства ввода 13.15Недостатком устройства является избыточность объема информации выдаваемого устройством на выходную шину данных, а также невысокое быстродействие за счет последовательного опроса дискретных датчиков.20Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство сопряжения, содержащее первый и второй регистры для хранения текущего и предыдущего наборов значений состояний двоичных датчиков, схему сравнения, первый и второй шифраторы, узел синхронизации, счетчик адреса, дешифратор адреса и коммутатор входных сигналов устройства, 30 входы которого соединены с первыми входами коммутатора, вторые входы которого соединены соответственно с первыми входами блока сравнения и выходами дешифратора адреса, входы ко торого соединены с выходами счетчика адреса, вход которого соединен с первым выходом узла синхронизации, второй выход которого соединен с первыми входами первого и второго регистров, выходы первого регистра сое. вым входом блока, второй выход дешифратора соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ и является первымвыходом блока, третий выход дешифратора соединен с первыми входами первого и второго элементов И и является вторым выходом блока, четвертыйвыход дешифратора является четвертымвыходом блока, выход первого элемента И соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом первого триггера, выход которого соединен с первымвходом дешифратора, выход второгоэлемента И соединен с первым входомвторого элемента ИЛИ, выход которогосоединенс первым входом второготриггера. 1 динены с вторыми входами блока сравнения, третьи входы которого соединены с вторыми входами первого регистра, выходами второго регистра, входы которого соответственно соединены с выходами коммутатора и с первыми входами первого блока кодирования, выходы которого являются первыми выходами ,устройства для сопряжения, а вторые входы соединены с выходами блока сравнения и с входами второго блока кодирования соответственно, выходы которого являются вторыми выходами устройства для сопряжения 23.Недостатком известного устройства является избыточное число внешних выводов для однозначного определения адреса датчика, изменившего свое значение, а также невысокое быстродействие устройства за счет последо- вательного опроса датчиков.Целью изобретения является повышение быстродействия устройства,Поставленная цель достигается тем, что в устройство для ввода информации, содержащее блок сравнения, первый регистр, второй регистр, выходы которого соединены с входами первой группы блока сравнения и входами группы первого регистра, выходы которого соединены с входами второй группы блока сравнения, дополнительно введены первый и второй блоки кодирования, блок управления и третий регистр, входы группы которого являются входами группы устройства, выходы третьего регистра соединены с входами первого блока кодирования, выходы которого соединены с входами группы второго регистра, вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которогосоединен с входом блока сравнения,выход блока сравнения соединен с первым входом блока управления и является выходом устройства, третий выход блока управления соединен с входом третьего регистра и входом первого регистра, выходы которого соединены с входами первой группы второго блока кодирования, входы второй группы которого соединены с выходом второго регистра, четвертый 10выход блока управления соединен свходом второго блока кодирования,выходы которого являются выходамигруппы устройства, второй вход блокауправления является первым входом 15устройства, третий вход блока управления является третьим входом уст"ройства.Блок управления содержит первыйи второй триггеры, дешифратор, пер Овый и второй элементы ИЛИ, первыйи второй элементы И, генератор так-,товых импульсов, выход которого соединен с,вторыми входами первого триггера и второго триггера, выход которого соединен с вторым входом дешифратора, первый выход которого соединен с вторым входом первого элементаИЛИ и является третьим выходом блока,третьи входы первого и второго триггеров являются вторым входом блока,третий вход первого элемента И явля-.ется третьим входом блока, вторыевходы первого и второго элементов Иявляются первым входом блока, второйвыход дещифратора соединен с вторымвходом второго. элемента .ИЛИ и является первым выходом блока, третийвыход дешифратора соединен с первымивходами первого и второго элементовИ и является вторым выходом блока, 40четвертый выход дешифратора является четвертым выходом блока, выходпервого элемента И соединен с первымвходом первого элемента ИЛИ, выходкоторого соединен с первым входомпервого триггера, выход которого сое"динен с первым входом дешифратора,выходвторого элемента И соединенс первым входом второго элемента ИЛИ,выход которого соединен с первым входом второго триггера,50На фиг. 1 представлена блок-схемаустройства; на фиг. 2 - функциональная схема устройства управления; нафиг. 3 - граф автомата устройства управления; на фиг. 4 - временная диа-,грамма работы устройства; на Фиг.5граф допустимых Переходов объектауправления; на фиг. б - функциональная схема блока кодирования.Устройство содержит входы 1 группы устройства, на которые поступаютдвоичные сигналы, характеризующиесостояние датчиков, третий регистр 2в котором хранятся значения датчиковв течение всего цикла предваритель,. ной обработки, первый блок 3 кодирования, функциональное назначение которого состоит в формировании на выходе номера набора значений состояний датчиков, блок 4 сравнения, первый и второй регистры 5 и б, второй блок 7 кодирования, Функциональное назначение которого состоит в формировании на выходе кода перехода из предыдущего набора значения двоичных датчиков в последующий набор при изменении состояния одного или нескольких двоичных датчиков, блок 8 управления, обеспечивающий синхронное взаимодействие всех узлов устройства, первого и второго входов 9.1 и 9.2 устройствана которые подаются сигналы пуска устройства и считывание кода перехода соответственно, выход 10 устройства,на который выдается сигнал при изменении одним или несколькими датчиками своих состояний, выходы .11 группы устройства, на которые выдается код перехода из предыдущего набора значений двоичных датчиков в последующийБлок 8 управления содержит первый элемент И 12, первый элемент ИЛИ 13, первый триггер 14, дешифратор 15, второй триггер 16, вторые элементы ИЛИ 17, И 18 и генератор 19 тактовых импульсов первый 20, второй 21, третий 22, четвертый 23 выходы блока, первый 10, второй 9,1, третий 9.2 входы блока.Блок 7 кодирования содержит первые элементы ИЛИ 24, И 25, второй элемент ИЛИ 26, тристабильный буфер 27, второй и третий элементы И 28 и 29, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 30, входы 5.1 и 5.2 первой группы блока, входы 6.1 и 6.2 второй группы блока, вход 23 блока, выход 11 блока.Устройство работает следующим образом.За счет использования естественной избыточности, имеющейся в допустимых входных наборах значений двоичных входных переменных, осуществляется их двойное перекодирование (сжатие . Идея этого сжатия состоит в спедующем.Количество допустимых наборов значений двоичных датчиков, расположенных на любом реальном объекте управ-, ления, как правило, является намного меньшим величины 2, где и - число двоичных датчиков, т.е. из всего множества Й=2" теоретически возможных наборов значений двоичных датчиков, реально могут возникнуть только лищь . КМ допустимых входных наборов,Кроме того, для каждого из вооб- ще допустимых входных наборов имеется свое отличное от других подмножество допустимых для него последующих входных наборов. Т.е. после каждого текущего входного набора могут появиться не все вообще допустимые входные наборы, а только лишь некоторые иэ них. Это обуславливается тем, что каждый вхбдной набор отражает некоторое состояние объекта управле ния. А из любого своего текущего состояния объект управления может перейти только лишь в некоторые иэ вообще допустимых своих состояний, Общее множество допустимых состояний 10 объекта управления и отдельные его подмножества, соответствующие допустимым последующим состояниям объекта управления, определяются из условий правильности функционирования объек та управления.Ы этих случаях, для уменьшения числа двоичных линий связи между объектом управления и системой управления, можно осуществлять в непосред ственной близости от объекта управления предварительную обработку входной информации, которая заключается в двойном перекодировании: сначала первичного входного набора Е; вспо могательным набором Ф; значейий промежуточных переменных значений промежуточных переменных 1, М,.", Ч,щс"). Затем вспомогательный набор Ф заменяется набором Я значений переменных 0)ы шш (чсдп), с помощью которых1 2 1 оперекодируются те последующие наборы ф которые являются допустимыми после текущего набора Ф;П р и м е р. На объекте управления имеется три двоичных датчика, Из-за технологических и конструктивных ограничений из восьми возможных наборов значений этих датчиков допустимыми являются только четыре. Все возможные последовательности перехо дов из каждого допустимого входного набора к последующим допустимым вход. ным наборам заданы в виде графа допустимых переходов (фиг. 5).Так как в этом графе из каждой 45 вершины выходят не более двух дуг, то, следовательно, всю информацию о любых возможных изменениях трех датчиков на объекте управления можно передавать с помощью одного бита информации, т.е. учитывая реальные ограничения на возможные изменения состояний датчиков на объекте управления можно в некоторых случаях. существенным образом сократить число линий 55 связи между объектом управления и центральной системой управления,При включении питания внешними схемами, не входящими в предлагаемое устройство, формируется сигнал пуска,60 который поступает на вход 9.1 устройства и соответственно же второй вход блока 8 управления и тем самым переводит последний в состояние а . Граф состоянйй блока 8 управления пред- Ь 5 ставлен на фиг, 3. Как видно иэ схемы блока 8 управления, представленной на фиг. 2, сигнал 9.1 поступаетна асинхронные входы триггеров 14 и16 и устанавливает их в нуль. Следовательно, в состоянии а на выходе20 дешифратора 15 будет высокий уровень, а ва выходах 21 - 23 - низкий.Сигнал с выхода 20 разрешает приемзначения двоичных датчиков в данныймомент времени в регистр 2, а такжеразрешает перезапись содержимого регистра б, содержащего нули, в регистр 5, По следующему тактовому импульсу, который вырабатывается тактовым генератором 19, блок 8 управления переходит в состояние а. В этомсостоянии выход 21 дешифратора 15состояний имеет высокий уровень, авыходы 20 - 23 - низкий. Сигнал свыхода 21 разрешает прием закодированной информации в регистр б. Кодирование информации, которая находится в регистре 2, осуществляется комбинационной схемой 3, построенной всоответствии с таблицей кодировки,,и которая является индивидуальнойдля каждого объекта управления. Вэтом такте осуществляется первичноесжатие информации, поступающей отдвоичных датчиков объекта управления,В итоге после а 2 имеется в регистреб закодированное состояние объектауправления в данном цикле измерения,а в регистре 5 - закодированное состояние объекта управления в предыдущем цикле,В следующий такт времени блок 8управления сигналом с выхода 22 (состояние а )инициирует блок 4 сравнения, который осуществляет сравнениекодированных состояний двоичных датчиков объекта управления, снятых внастоящем и предыдущем циклах измерения. В соответствии с этим блок 4сравнения вырабатывает сигнал Н равный нулю, если: состояние двоичныхдатчиков (а-следовательно,и их кодированное состояние ) не изменилось эаизвестный промежуток времени, и равный единице, если хотя бы один иэдвоичных датчиков поменял свое состояние на противоположное состояние(нуль на единицу, единицу на нуль ).Данный сигнал Н поступает во внешнюю к предлагаемому устройству управляющую систему и указывает ей на изменение состояния датчиков объектауправления. Внешняя к устройству управляющая система воспринимает сигнал несравнения Н, обрабатывает егои отвечает на него выработкой сигнала Е на вход 9.2 блока 8 управления.Если сигнал Н=О, то ни один двоичный датчик не изменил своего значения (в данном цикле измерения объект управления не изменил своегосостояния ), Внешняя к устройству1087978 Б 1 н2 н БЗн1 Б 4 н о 55 Б 2 с 60 Зс 01 02 Ь 1 2 0 0 0 0 0 управления управляющая система неоткликается на сигнал Н и автоматустройства по следующему такту переходит в состояние а. Дальше циклизмерения двоичных датчиков повторяется.Если сигнал Н=1, то один или более двоичных датчиков изменили своезначение на противоположное, По этому сигналу происходит прерывание управляющей системы, внешней по отно- .1 Ошению к устройству и объекту управления. Управляющая система отвечаетна сигнал Н подачей на вход 9.2 .Уст-,ройства сигнала разрешения Е, пО ко.торому разрешается выдача на выход 1511 устройства кода перехода из одного состояния в другое. До тех пор,пока сигнал Е=О (условие Н Е=1 ) автомат устройства управления будетнаходиться в состоянии,аЗ. При появ Олении сигнала разрешения Е=1 (условие Н.Е=11 по очередному тактовомуимпульсу устройство управления переходит в состояние а . В этом состояфнии выход 23 дешифратора 15 состоя;ний имеет высокий уровень, а выходы20 - 22 - низкий. Сигнал с выхода 23разрешает выдачу на выход 11 устройства кода перехода иэ состояния, вкотором находился объект управленияв предыдущем цикле измерения, в состояние, соответствующее данному циклу измерения значений двоичных датчиков. Данный код перехода вырабатывается блоком 7 кодирования, который З 5можно построить либо в виде комбинационной схемы по таблице истинности,которая сугубо индивидуальна для каждого объекта управления, либо в видепрограммируемой логической матрицы.Пример синтеза блока кодированияв виде комбинационной схемы.Пусть граф работы объекта управления имеет вид, представленный нафиг, 5, Объект управления имеет тридатчика 0 1, 02 и Г и может находить ся в одном из четырех состояний Я 1,Б 2, Б 5 и Б 4. Состояние, из которогоперешел объект .Управления,.обозначают сивмолом Б;с, новое состояниесимволом Б;,), где =1, 2, 3, 4. Результаты прйведены в таблице переходов,Функциональная схема, реализующаятаблицу переходов, представлена нафиг.6.Выходы регистра 5 и 6 обозначены 5.1., 5.2 и 6.1 , 6.2 соответственно.Блок кодирования осуществляет второе сжатие информации, поступающейв устройство от двоичных датчиковобъекта управления. Система управления принимает код перехода, выработанного устройством, и, зная предыдущее состояние объекта управления,определяет его новое состояние.При поступлении нового тактовогоимпульса устройство переходит в состояние а и цикл измерения повторяется,При включении питания содержимоерегистров 5 и 6 обнуляется, а управляющая система переходит в заранееоговоренное состояние, сигналом, вырабатываемым внешними к устройствусхемами 1 не показаны ), Поэтому первый цикл измерения всегда выдает сигнал Н=1.Временная диаграмма работы устройства представлена на фиг. 4 Отсутствие информации на выходах показанопунктирной линией, Изменение информации на входе 1 показано крестом.Пусть на объекте управления имеется три датчика Р 1Э и Р, которые отображают состояние, в котором находится объект управления,Граф перехода объекта управления изодного состояния в другое представлен на фиг. 3. Как видно из графаперехода, объект может находитьсяв одном из четырех возможных состояний; 5, 52, 53 и 54 . Так как объектимеет три двоичных датчика, то возможное число допустимых наборов значений этих датчиков равно 2 =8. ОдЭнако не все из этих допустимых наборов значейий датчиков получаются впроцессе функционирования объекта,Четыре из восьми допустимых наборовполучаются, а именно 001 010 100111. Поэтому для однозначного определЕния того состояния, в котором находится объект управления достаточно двухразрядного кода, Именно это первое предварительное кодирование и осуществляет первый блок кодирования. Данный блок строится на основе таблицы истинности. Блок 3 кодирования представляет собой комбинационную схему,на входы которой поступает набор значений двоичных датчи ков, а с выхода снимается код состояния (для примера, код РР 2), в кстором находится объект управления.О 1 1 О 1 1 О 1 1 О 1 1 О 1 1 Как видно иэ фиг. 5,из одного состояния в другое возможно два пути перехода, а следовательно, номер, этого перехода можно закодировать одним двоичным разрядом. Код номера перехода иэ предыдущего состояния в последующее состояние вырабатывается вторым блоком 7 кодирования. Устройство, управляющее объектом управления, зная код состояния,в кото ром находился объект управления и. код номера перехода в другое состояние, может определить состояние,в которое перешел объект управленйя в данном цикле. 20 Таким образом, устройство для ввода и предварительной обработки информации от двоичных датчиков, имеющего на входе три двоичных датчика, имеет на выходе линию запроса и одну информационную линию.Предлагаемое устройство более быстродействующее,так как здесь используется параллельный опрос в отличие от последовательного, используемого в известном устройстве (опрос трех датчиков,осуществляется за три элементарных такта времени или последовательно 1 что в 3 раза быстрее,При увеличении числа двоичных датчиков объекта управления разница по количеству выводов и времени опросов датчиков между известным и предлагаемым устройствами увеличивается во много раз.