Устройство для ввода информации

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) (И) п 4 606 НИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЯАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЭОБ Н АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Специальное проектно-конструкторское бюро средств автоматизациинефтедобычи и нефтехимии "Нефтехимпромавтоматика",(56) Авторское свидетельство СССРР 1030790, кл. С 06 Р 3/02, 1983.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА ИНФОРМАЦИИ по авт.св. У 1030790, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповьппения его быстродействия, в неговведены формирователь импульсов,триггер, третий элемент И, первыйи второй элементы ИЛИ, первый дополнительный вход блока управления является информационным входом устройствавторой дополнительный вход соединен с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ и является диагностическим входом устройства, третий дополнительный вход блока управления подключен к выходу второго элемента ИЛИ, восьмой выход блока управления подключен к второму входу первого элемента ИЛИ, девятый выход - к третьему входу первого элемента ИЛИ и является управляющим выходом устройства, вход формирователя импульсов является тактовым входом устройства, а выход подключен к первому входу триггера и к первому входу третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом е триггера, второй вход триггера подсоединен к выходу элемента ИЛИ, выход третьего элемента И соединен с ( вторым входом второго элемента ИЛИ,третий вход которого является входом сброса устройства.Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено дляввода информации и является усовершенствованием устройства по авт,св,й 1030790.Цель изобретения - повышение быстродействия устройства,На фиг. 1 представлена Функциональная схема устройства для вводаинформации; на фиг. У - функциональная схема блока управления, на Фиг,3 - временные диаграммы работы устройства; на фиг, 4 и 5 - схема сенсорного ключа, варианты исполнения,на Фиг, б - схемы начальной установки.Устройство (Фиг, 1) содержитсенсорные ключи 1 первой группы, сенсорные ключи 2 второй группы, первый коммутатор 3, второй коммутатор4, дешифратор 5, блок б управления,первый элемент И 7, элемент И 8, первый счетчик 9, второй счетчик 10,регистр 11, Формирователь 12 импульсов, триггер 13, третий элемент И 14,первый элемент ИЛИ 15, второй элементИЛИ 16, схему 17 начальной установки,диагностический вход 18 устройства,тактовый вход 19 устройства, управляющий вход 20, информационный вхоц21 устройства,Блок 6 управления (Фиг. 2) содержит генератор 22 импульсов, элементНЕ 23, триггер 24, элементы И 25-29элемент ИЛИ 30, триггеры 31 и 32,регистр 33 сдвига дифференцирующуюцепь 34, элементы ИЛИ 35 и 36, элементы И 37-40, триггеры 41-43, входы 44-47 блока управления, выходы48-56, выходы 57-59 регистра 33 сдвига.Сенсорный ключ (фиг. 4) содержит полупроводниковый диод 60, конденсатор 61, повторитель 62 напряжения с большим входным сопротивлением, например КМПП-ключ, резистор 63, входы 64-66 сенсорного. ключа, выход 67.Другой вариант сенсорного ключа (фиг. 5) содержит полупроводниковый диод 68, конденсатор 69, повторитель 70 с большим входным сопротивлением, резистор 71, входы 72-75, выход 76 сенсорного ключа.Схема начальной установки (Фиг,б) содержит полупроводниковый диод 77, резистор 78, конденсатор 79, пороговый элемент 80, например триггер И 1 митта, вход 81 напряжения питания,выход 82 схемы начальной установки.Устройство работает следующимобразом,5 При включении напряжения питаниясхема 17 начальной установки вырабатывает импульс, который через элементИЛИ 16 поступает на вход 46 и далеена установочные входы регистра 3310 сдвига, триггера 32 и триггера 31и через элемент ИЛИ 36 на вход триггера 43,Триггеры 31, 32 и 43 устанавливаются (или подтверждаются) в нулевые15 состояния. Регистр 33 сдвига устанавливается в следующее состояние:на выходе 57 появляется логическаяединица, а на выходах 58 и 59 - логические нули. .Это можно осуществить,О подключив выход 57 к инверсному вь, -ходу первого триггера, входящего всостав регистра 33 сдвига, или подавая сигнал установки его в исходноесостояние на другой вход, по срав 25 нению с остальными триггерами изсостава регистра 33 сдвига. Другой вход регистра 33 сдвига являетсяего тактовым (сдвигающим) входом,причем срабатывание происходит по30 заднему Фронту входных импульсов.На информационный вход для ввода последе-.ательной информации (не показан) подан постоянно уровень логического нуля, поэтому после каждого входного сигнала на выходе 57будет уровень логического нуля.1Нулевой уровень на прямом выходетриггера 31 запрещает прохождениеимпульсов через элемент И 28 и уста 40 навливает на его выходе и на выходе48 уровень логического нуля, а единичный уровень на инверсном выходетриггера 31 устанавливает на выходеэлемента ИЛИ ЗО уровень логическойединицы, запрещая тем самым прохождение через него импульсов с выхода элемента И 26, Первые два входа триггеров 31 и 32 являются динамическими Т-, К-входами, а третий ихИ вход - статическим К-входом, Наостальные, неиспользуемыевходы (приих наличии) триггеров, а также других элементов поданы нейтральныеуровни, например уровень логической55 единицы, которые не влияют на работу этих элементов.Триггер 24 работает в счетномрежиме, т.е. каждый импульс с вы 12035031 О 15 20 25 хода элемента НЕ 23 меняет состояниетриггера 24 на противоположное (фиг.3)Положительные потенциалы с прямогои инверсного выходов триггера 24дают попеременное разрешение на прохождение сигналов соответственночерез элементы И 25 и 26. Сигнал навыходе элемента И 27 появляется сосдвигом по отношению к сигналу на выходе элемента И 26 на величину длительности импульса. На выходах элементов И 25-27 формируются непересекающиеся последовательности импульсов, длительность которых равна дли"тельности сигналов с выхода генератора 22,Высокий уровень с первого выхода(шина 57) регистра 33 сдвига черезэлемент ИЛИ 35 поступает на выход52 и на выход элемента И 37, разрешая прохождение импульсов с выхода элемента И 27 через элемент И 37и далее, через элемент И 38 на выход53, при условии, что триггер 41 находится в единичном (разрешающем)состоянии. Если триггер 41 находитсяв нулевом (запрещающем) состоянии, топервый импульс с выхода элементаИ 37 не про".содит на выход элементаИ 38, но своим задним фронтом переводит триггер 41 в единичное состояние, Все остальные импульсы проходятна выход элемента И 38, так как ониподтверждают единичное состояниетриггера 41.В качестве триггеров 4 1 и 42, атакже триггеров 31 и 32 можно применять асинхронные 5 К-триггеры. Первыевходы триггеров 41 и 42 будут 1-входами, а входы, соединенные с выходомдифференцирующей цепи 34, могут бытькак К-входами, так и В-входами, т.е.статическими. На остальные, неиспользуемые, входы (при их наличии) поданы нейтральные уровни, не влияющиена работу. Нулевой потенциал навыходе 59 запрещает прохождение импульсов через элемент И 39 на входэлемента И 40 и далее на выход 55,Таким образом, в исходном состоянии, после включения напряжения питания, на первом выходе 55 блока 6 управления отсутствуют импульсы,на втором выходе 53 присутствует последовательность импульсов, на третьем выходе 51 - нейтральный (например, уровень логического нуля) уровень, ка четвертом выходе 49 - уровень 3/ 35 40 45 50 55 логичЕскоц единицы, .на пятом выходе48 - уровень логического куля, ка шестом выходе 64 - уровень логической единицы, ка седьмом выходе 52 уровень логического нуля, ка восьмом выходе 56 - уровень логическогонуля и на девятом выходе 50 блока 6 управления отсутствуют импульсы. На вход 19 устройства поступают тактовые импульсы (ТИ) и воздействуют на вход формирователя 12 импульсов, с выхода которого достаточно узкие импульсы поступают на первый вход триггера 13 и первый вход элемента И 14. Длительность импульсов с выхода формирователя 12 выбирается минимально возможной с учетом стабильной работы применяемой элементной базы (типов микросхем), При кахождении триггера 13 в единичном (разрешающем) состоянии импульсы с выхода формирователя 12 проходят через элемент И 14 и далее через элемент ИЛИ 16 на третий вход блока 6 управления (вход 46), Эта последовательность импульсов подтверждает исходные состоячия регистра 33 сдвига триггеров 31 и 32 и через элемент ИЛИ 36 состояние триггера 43. При поступлении импульса с выходаэлемента ИЛИ 15 ка второй (потенциальный) вход триггера 13 последний переходит в запрещающее (нулевое) состояние. Следующий по времени импульс с выхода формирователя 12 ке проходит на выход элемента И 14, косвоим задним фронтом, воздействуя на первый (динамический) вход триггера 13, переводит его в разрешающее состояние. В качестве первого входа можно использовать 1-вход асинхронного ДК-триггера, а в качестве входа - Й-вход. На остальные, неиспользуемые, входы должны быть поданы нейтральные потенциалы, не изменяющие состояния триггера. Последовательность импульсов с второго выхода блока 6 управления (выход 53) поступает на счетный вход счетчика 10, последовательно изменяя его состояние. Выходной код счетчика 10 поступает на адресные входы коммутатора 4, который производит последовательное подключение выходов сенсорных ключей 2 к своему выходу,соединенному с входом элемента И 8. Чтобы исключить влияние выходного кода регистра 11 на код счетчика 10, 1203503выходы которых объединены, можно, например, в качестве выходных элементов счетчика 10 и регистра 11 применить ключи с открытым коллекторным выходом или использовать шинные уси-. лители с тремя состояниями (" Ноль", "Единица", "Обрыв" ). Тогда с помощью потенциалов с выходов 48 и 49 блока 6 управления, которые будут 10 подаваться соответственно на разрешающие входы выходных элементов счетчика 10 и регистра 11, можно управлять выдачей информации в магистральные шины, разделяя ее во времени. 15Матричная структура подключения первых входов сенсорных ключей 1 и 2 позволяет оператору при обращении к устройству воздействовать на два сенсорных ключа, принадлежащих двум 20 группам. Сначала определяется номер сенсорного ключа 2 во второй группе. В момент равенства кода счетчика 10 номеру сработавшего сенсорного ключа 2 его выход через коммутатор 4 25 оказывается подключенным к входу элемента И 8, на другой вход которого подается разрешающий потенциал с выхода 52. Поэтому сигнал с выхода элемента И 8 поступает на первый вход Зо блока 6 управления. Объединение выкодов элементов И 8 и 7 можно допускать также при использовании ключей с открытым коллекторным выходом или шинным усилителем с тремя состояниями,На элементе И 29 происходит совпадение сигнала с выхода элемента И 8 с выходными импульсами элемента И 26, В зависимости от того, в какой момент времени срабатывает сенсорный ключ 2, длительность импульса на выходе элемента И 29 может меняться, не превышая длительности импульса с выхода элемента И 26. Если, наприЯ мер, сенсорный ключ 2 срабатывает в момент времени вблизи окончания очередного импульса с выхода элемента И 26, то результирующий импульс на выходе элемента И 29 оказывается предельно коротким. В связи с этим, если соединить выход элемента И 29 с входом регистра 33 сдвига, кото- рый, в сущности, подключен сразу к всем входам триггеров, входящих в со- став регистра сдвига, возможно срабатывание только некоторых триггеров и несрабатывание триггеров из состава регистра ЗЗ сдвига ввиду большого допускаемого разброса частотных (импульсных) параметров отдельных элементов, Это привело бы к снижению надежности работы устройства. Если применить обычные синхронизаторы, выполненные на триггерах и элементах И, то для них характерно то, что выходной импульс смещен по отношению к входному на величину, большую периода тактовой частоты. Поэтому возможна такая ситуация, что в момент появления импульса с выхода синхронизатора счетчик 10 или 9 уже изменя- ет свое состояние, т,е. и в этом случае надежность работы устройства невысока.Импульс с выхода элемента И 29 иэменяет состояние триггера 32, который возвращается в исходное состояние по следующему импульсу с выхода генератора 22 (фиг. 3). Если импульс с выхода элемента И 29 оказывается очень коротким, то триггер 32 не изменяет своего состояния и ситуация псвторяется через время, необходимое счетчику 10 для возврата в прежнее состояние, так как сенсорный ключ 2 находит-, ся в активном состоянии достаточно длительное время.Разделение во времени импульсов с выходов элементов И 26 и 27 дает возможность исключить влияниесобственных задержек счетчиков и коммутаторов, а также влияние переходных процессов в них, в момечт действия которых возможны ложные переключения, что позволит повысить так.товую частоту устройства, а значит,и его быстродействие, а также повысить помехоустойчивость устройствак влиянию переходных процессов,т,е. повысить надежность работы.Выходной импульс триггера 32, который Формируется непосредственно за выходным импульсом элемента И 29, изменяет состояние регистра 33 сдвига. На выходе 57 появляется нулевой уровень, на выходе 58 - единичный, на выходе 59 - нулевой уровень, в момент смены уровня на выходе 57 дифференцирующая цепь 34 формирует импульс, который устанавливает счетчики 9 и 10 и триггеры 41 и 42 в нулевое состояние. Далее процесс повторяется. Если первый сигнал обусловлен влиянием помех, то второго сиг 120350320 25 30 35 нала не будет и импульсы с выходаформирователя 12 приведут устройствов исходное состояние.Одновременно импульс с выхода элемента И 29 через элемент ИЛИ 15 поступает на второй вход триггера 13и переводит его в запрещающее состояние, поэтому следующий импульс с выхода формирователя 12 не проходитчерез элементы И 14 и ИЛИ 16 на установочный вход регистра 33 сдвига.Второй импульс, поступающий навход регистра 33 сдвига, снова изме-няет его состояние. Единичный уровень находится только на выходе 59,и счет.ые импульсы поступают на входсчетчика 9, Если и второй импульсвызван действием помехи, то не должно быть третьего импульса, и устройство импульсом с выхода элементаИЛИ 16 снова переходит в исходное .состояние,Определение номера сенсорногоключа во второй группе заканчивается при появлении второго импульса навходе регистра 33 сдвига. Единичныйуровень находится только на выходе59 и тактовые импульсы поступаютна вход счетчика 9. Таким образом,определение номера сенсорного ключав первой группе происходит во время работы счетчика 9, выходы которого подключены к адресным входам коммутатора 3. Последний последовательно подключает выходы сенсорных ключей 1 к входу элемента И 7, на второй выход которого подан разрешающий потенциал. При совпадении кода счетчика 9 с номером сработавшего сенсорного ключа на первом входе блока 6 управления появляется импульс, вследствие чего регистр 33 сдвига снова изменяет свое состояние, На всех выходах регистра 33 сдвига - нулевые потенциалы. При смене потенциала на выходе 59 триггер 43 переходит в единичное состояние, что сигнализирует об окончании формирования кода в счетчиках 9 и 10. Единичный уровень с выхода триггера 43, наряду с поступлением его на вход 20, поступает через элемент ИЛИ 15 на вход триггера 13. Поскольку статический вход триггера 13 должен иметь преимущество по сравнению с первым динамическим входом, то триггер 13 будет находиться в запрещающем состоянии все время, пока триггер 43 находигся в единичном состоянии.При считывании кода с выхода счетчиков 9 и 1 О внешним устройством, например ЭВМ, последнее подает импульс на третий дополнительный вход устройства "Ввод информации" (вход 21), который, поступая на вход 47, через элемент ИЛИ 36 переводит триггер 43 в исходное нулевое состояние, которое снимает свой запрет с триггера13. Если процесс ввода информациив ЭВМ произошел достаточно быстрои оператор все еще касается входовсенсорных ключей 1 и 2, то на выходе элемента И 29 присутствует последовательность импульсов, которая,с одной стороны, через триггер 32подтверждает состояние регистра 33 сдвига, а с другой - через элементИЛИ 15 воздействует на вход триггера 13, систематически переводя его(или утодтверждая) в запрещающее состояние. При снятии обращения опера-,тором к сенсорным ключам 1 и 2 имг. льсы с выхода элемента И 29 перестают поступать. на вход триггера 13,следующий за этим импульс с выходаформирователя 12 своим задним фронтомпереводит триггер 13 в разрешающее(единичное)состояние,пропуская остальные импульсы через элементы И 14 иИЛИ 16 на третий вход блока 6 управления (вход 46). Устройство переходит в исходное состояние и готовок формированию кодов новых сработавших сенсорных ключей,Необходимость введения триггеров 41 и 42 и элементов И 38 и 40 обусловлено следующими причинами. Допустим, срабатывают сенсорные ключи 1 и 2, номера которых должны соответствовать нулевым кодам счетчиков 9 и 10. Эта ситуация изображена на временных циаграммах (фиг. 3). После выхода первого импульса на вход регистра 33 сдвига (или на вход триггера 32) триггеры 41 и 42 и счетчики 5 и 6 находятся в нулевом состоянии, Следующий за этим импульс с выхода элемента И 27 цолжен проходить через элемент И 3. В случае отсутствия триггера 41 элемент И 38.этот импульс пропустил бы на вход сМетчика 10 и изменил бы его состояние, т.е. код счетчика 10 стал бы неправильным. Реально этот импульс не проходит через элемент И 38, а своим задним фронтом возвращает триг 12 ОЗ 5 ОЗ 1 Онуля., нс привоцит к существеннымотличиям в работе устройства.,В предлагаемом устройстве такжереализован дополнительный режим работы для контроля его работоспособности. Для перевода устройства вэтот режим на вход 18 подается импульс фиг. 3) и одновременно в регистр 11 по его информационным вхоцам записывается первый проверяемыйкод, Импульс, подаваемый на вход 18,через элемент ИЛИ 16 приводит устройство или подтверждает) в исходноесостояние, через элемент ИЛИ 15 онпереводит триггер 13 в запрещающееСостояние и, поступая на второй входблока б управления, переводит триггер31 в единичное состояние, снимая запреты с входов элементов И 28 иИЛИ 30,В такт с импульсами с пятого выхода блока б управления код с выхода регистра 11 поступает на адресные входы дешифратора 5. Стробирование дешифратора 5 также проискодит этими сигналами, Поэтому на со-еответствующем выходе дешифратора 5 появляется последовательность кмпуль 20 40"ов подаваемая на вторые входы двуз :"енсорных ключей из первой и иэ втоой группы, номера которых равны коду в регистре 11, Происходит имитация касания определенного контакта. Импульсы, поступающие на вход 65 "енсорного ключа 1, через полупроводниковый диод 60 заряжают конденсатор 61 до напряжения, необходимого для срабатывания повторителя 62 напряжения. Параметры цепи заряда кон ценсатора 62 выбираются таким образом, чтобы он не успевал разрядиться между импульсами заряда. Полупроводгер ч 1 в единичное состояние, т.е.код в счетчике 10 остается нулевым,Далее поступает второй импульс навход регистра 33 сдвига и дает разрешение на выход 59. В случае отсутствия триггера ч 2 и элемента И чоследующий за этим импульс с выходаэлемента И 27 прошел бы на вход счетчика 9 и изменил бы его состояние.И в этом случае результирующий код 101 ыл бы неправильным. Поглощение одного импульса триггером ч 2 и элементомИ ,0 приводит к тому, что код в счетчике 9 остается нулевым,Поглощение импульсов указанными 15элементами при коцах отличных от никовый диод 60 необхоцим для предотвращения разряда конденсатора через выходные элементы дешифратора 5,Резистор 63 обеспечивает подачу необходимого напряжения для Фиксацииположения рабочей точки повторителя62 напряжения,Коц с выхода счетчика 10 поступает на адресные входы коммутатора 4в такт с сигналами с четвертого выхода блока б управления, которые непересекаются во времени с другой последовательностью импульсов. Поэтомув счетчиках 10 и 9 формируется кодсенсорных элементов 1 и 2 на ко.орые подавалась последовательностьимпульсов с выхода дешифратора 5,Переход триггера 43 в единичное состояние вызывает переход триггера 31в нулевое запрещающее) состояние,прекращая тем самым формирование импульсов на выходах элементов И 28и ИЛИ 30.Далее записывается новый код врегистр 11 и подается новый импульсна вход 18. Количество записей новыхкодов в регистр 11 не превышает количества сенсорных элементов в одной изгрупп. Процесс заканчивается при полном контроле всего устройства, Сравнение принимаемого и выдаваемых кодов и принятие решения о исправности или неисправности устройства происходит в отдельном устройстве.Отличие работы сенсорного ключа, изо 1 ражеиного на Фиг. 4, от сенсорного. ключа, изображенного на фиг. 5, состоит в следующем. Первый ключ сра-, батьгвает за счет наводок сетевого напряжения в операторе, который касается входа этого ключа. Поэтому на выходе этого ключа будут формироваться импульсы с частотой 50 Гц, Длительность каждого импульса примерно 10 мс, что вполне достаточно для формирования выходного кода. Второй вариант ключа срабатывает при замыкании оператором входов 72 и 75, вследствие чего через оператора напряжение смещения О, поступит на вход повторите. ,пя 70 напряжения, В остальном работа этих ключей эквивалентна.Сенсорные ключи должны срабатывать при подаче на их входы сигналов с положительным уровнем. При работе с сигналами другого уровня полярность включения полупроводниковых диодов12035и полярность напряжений смещения меняются на противоположные.Схема 17 начальной установки работает следующим образом. При включении напряжения питания конденсатор 795 начинает медленно заряжаться через резистор 78 до порога срабатывания порогового элемента, на выходе которого пока присутствует единичный уровень, который через элемент ИЛИ 1 б 10 устанавливает устройство в исходное состояниеПри срабатывании порогового элемента потенциал на его выходе О: 12становится нулевым и не глияет больше на работу устройства, Полупроводниковый диод 77 необходим для быстрого разряда конденсатора при включениинапряжения питания. Преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с. известным является повышение удобства работы оператора и оперативность ввода информации за счет отсутствия специальной кнопки для установки его в исходное состояние,