Устройство для ввода дискретных сигналов

1522221 Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в составе ЭВМ, имеющих каналМПИ ( Электроника" ДВК), в автоматизированной системе сбора и обработки дискретной информации, работающейв режиме реального времени.Цель изобретения - повышение достоверности вводимой информации.На фиг, 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - формат регистрасостояния; на фиг. 3 - организацияпрограммируемой двухпороговой селекции по длительности вводимых дискретных сигналов; на фиг. 4 - пример схемной реализации блока прерывания,Устройство (см. фиг. 1) содержитканальные приемники 1, канальные передатчики 2, канальные приемо-передатчики 3, блок 4 управления, селектор 5 адреса, компаратор 6 адресов,программируемый таймер 7, генератор 8импульсЬв, регистр 9 состояния,блок 10 гальванической развязки, элемент 2 И-НЕ 11, 1 К-триггер 12, блок 13прерывания, первый 0-триггер 14, второй 0-триггер 15, элемент И 16 и элемент ИЛИ 17,На фиг. 1 позициями 18-63 обоэна 30чены позиции входов и выходов блоков,составляющих устройство.Блок 13 прерывания содержит элемент НЕ 64, триггер 65 и элемент2 И-НЕ 66.На выходе 18 селектора 5 появляется сигнал сравнения, если в адреснойчасти циклов ВВОД или ВЫВОД на группевходов-выходов 19 таймера 5 будет комбинация сигналов логических нулей илогических единиц, совпадающая с ком- фбинацией, установленной на группе входов 30, т.е. если адрес на группе входов-выходов 19 совпадет с адресом, установленным на группе входов 20. Сигнал сравнения на выходе 18 селектора 5 длится до окончания текущего цикла. Селектор 5 осуществляет сравнениене одного адреса, а группы иэ восьмиадресов. Адреса внутри этой группы отличаются один от другого значением од ного иэ трех младших разрядов, Припоступлении на вход 21 селектора 5сигнала требования прерывания этотсигнал поступает на линию требованияпрерывания внутренней шины 23, а оттуда через канальные передатчики 2 -на линию требования прерывания канала 24, Процессор ЭВМ (не показан), получив из этои линии сигнал требования прерывания, завершает выполнение текущей команды и проводит цикл ВВОД АДРЕСА ВЕКТОРА ПРЕРЫВАНИЯ. Адрес вектора, установленный на входах 25 селектора 5, в сопровождении синхроимпульса ответа, вырабатываемого на выходе 26, поступает на группу входов- выходов 19 адреса-данных, а оттуда по линиям сигналов адреса - данных внутренней шины 27 через канальные приемо-передатчики 3 - на линии сигналов адреса - данных канала 24 ЭВМ,Канальные приемо-передатчики 3 исходно включены в направлении передачи сигналов из канала 24 во внутреннюю шину 27 устройства. Переключения направления передачи происходят в моменты ввода информации иэ устройства в ЭВМ в циклах ВВОД и ВВОД АДРЕСА ПРЕРЫВАНИЯ.Канальные приемники 1 постоянно включены в направлении передачи сигналов из канала 24 во внутреннюю шину 28.Канальные передатчики 2 постоянно включены в направлении передачи сигналов иэ внутренней шины 23 в канал 24.Блок 4 выполняет функцию переключателя направления передачи канальных приемо-передатчиков 3.Блок 13 предназначен для выработки запрета ра распространение синхроимпульсов предоставления прерывания при выполнении цикла ВВОД АДРЕСА ВЕКТОРА ПРЕРЫВАНИЯ в том случае, если прерывания требовало данное устройство. Во всех остальных случаях запрет не вырабатывается и синхроимпульс предоставления прерывания, поступающий иэ канала 24 через канальные приемники 1 на внутреннюю шину 28 устройства, ретранслируется по внутренней шине 23 через канальные передатчики 2 в канал 24.Компаратор 6 адресов в группе восьми адресов, выделенный селектором 5, распознает четыре адреса, относящие" ся к регистрам таймера 7, и один адрес, относящийся к регистру 9 состояния, При обращении ЭВМ к регистрам таймера 7 в циклах ВВОД нли ВЫВОД, а также при обращении ЗВМ к регистру 9 состояния в цикле ВЫВОД, на выходе 29 компаратора 6 адресов вырабатывается синхроимпульс ответа, поступающий по линии синхроимпульса ответа внутрен 1522221ней шины 23 через канальные передатчики 2 в канал 24 ЭВМ.Регистр 9 состояния имеет доступтолько для записи. Формат и назначение разрядов регистра 9 состояния иллюстрирует фиг. 2. При включении питания ЭВМ и при запуске программы импульсом начальной установки канала 24,поступающим через канаЛьные приемники 1 по внутренней шине 28 на входрегистра 9 состояния, производится начальная установка (сброс) триггеров 14и 15 регистра 9 состояния, что приводит к запрету счета всех каналов таймера 7 и к запрету выработки сигналатребования прерывания на выходе триггера 12,Таймер 7 содержит три независимыхидентичных программируемых 16-разрядных вычитающих счетчика, работающих вдвоичном или двоично-десятичном коде.Каждый из счетчиков (каналов) программируют независимо друг от друга, записывая управляющее слово и число и,с которого счетчик начинает вычитание. ЭВМ осуществляет запись (инициализацию) счетчиков, обращаясь в циклеВЫВОД к регистру управляющего словаи к трем регистрам данных каналов таймера 7. При этом, на входе 30 выборакристалла таймера 7 должен действовать сигнал разрешения, адресация регистров таймера 7 осуществляется спомощью сигналов на ее входах 31 и 32,а запись данных в регистры таймера 7осуществляется по линиям сигналоввосьми младших разрядов адреса-данныхвнутренней шины 27, подключенных кгруппе входов-выходов 33 таймера 7,во время действия синхроимпульсов вывода на входе записи 34 таймера 7.После окончания инициализации каждыйиз трех каналов таймера 7 начинает работать независимо друг от друга, осу 45ществляя уменьшение на единицу своего содержимого по заднему фронту каждого импульса, действующего на частотном входе этого канала, при условииразрешения счета на соответствующемвходе 35, 36 или 37, В зависимости отуправляющего слова возможен один изшести режимов работы каждого каналатаймера 7.В составе ЭВМ устройство расотаетв программном режиме и в режиме пре 55рываний,В программном режиме производитсяинициализация всех каналов таймера 7,т.е, программирование каждого канала таймера 7 на определенный режим работы и занесение н каждый канал своего начального числа. В программном режиме ЭВМ также производит обращение в цикле ВЫВОД к регистру 9 состояния, устанавливая или сбрасывая триггеры 14 и 15 этого регистра. Допустим каналы таймера 7 программируются на режим деления частоты, в нулевой канал заносится начальное число п, в первый и второй каналы - п причем и и и - четные числа от 2 до 6553 Затем ЭВМ обращается к регистру 9 состояния в цикле ВЫВОД. В адресной части этого цикла срабатывает основной компаратор адресов, заключенный внутри селектора 5 и компаратор 6 адресов, на выходе 38 которого активируется строб управления регистром 9 состояния, а сигналы на выходах 39, 40, 41 пассивны. Этот строб поступает ка вход 42 элемента И 16 регистра 9 состояния и остается активным до конца цикла. По окончании адресной части цикла ВЫВОД ЭВГ 1 активирует линию сигнала нулевого разряда адреса-данных канала 25, сопровождая выводимые данные синхроимпульсом вывода. Компаратор 6 адресов, получив на входе 43 синхроимпульс вывода из внутренней шины 28, вырабатывает на выходе 29 синхроимпульс ответа, поступающий по соответствующей линии внутренней шины 23 через канальные передатчики 2 в какал 24, С приходом ка вход 44 элемента И 16 регистра со-стояния синхроимпульса вывода из внутренней шины 28 ка выходе 45 элемекта И 16 вырабатывается строб занесения, поступающий на С-входы 46 и 47 триггеров 15 и 14. Поскольку на П-входе 48 триггера 15 сигнал нулевого разряда адреса-данных в рассматриваемый момент времени активен, а на В-входе 49 триггера 14 сигнал шестого разряда адреса-данных пассивен, триггер 15 взводится, а триггер 14 остается в состоянии сброса. На выходе 50 тригге- ра 14 и, следовательно, на входе 37 таймера 7 и на Р-входе 51 триггера 12 остается условие запрета, а на выходе 52 триггера 15 и, следовательно, на входах 35, 37 таймера 7 устанавливается разрешение (старт) счета. Таким образом, осуществляется старт .г счета нулевого и первого каналов таймера 7. На этом процесс инициализацииФзаканчивается. Он проводится один раз ;а все время работы программы ЭВМ.В режиме прерыва 11 ий устройство, Во-первых, организует режим реального фремени ЗВМ, а во-вторых, производит фвод дискретных сигналов в ЭВМ, осу 1 ествляя двухпороговую селекцию их по лительности. Получив разрешение на ходе 35, нулевой канал таймера 7 на инает работу как делитель исходной астоты генератора 8 импульсов в п аз. С выхода 53 этого канала импульы скважности, близкой к двум, перида и Т (ТперР 1 од импульсов на ыходе 54 генератора 8) поступают на астотный вход 55 первого канала тайI ера 7. Первый канал таймера 7, на ходе 36 которого также действует раэешение, делит эти импульсы в п раз. 20 а выходе 56 первого канала таймерарудут появляться импульсы скважности, лизкой к двум, периода а и Т. Зтипульсы по линии радиального прерыания внутренней шины 23 через канальые передатчики 2 поступают в каал 24, Получив сигнал по линии радиального прерывания канала 24, центальный процессор ЗВМ завершает выполнение текущеи команды и обращается к Фиксированной ячейке памяти ЭВМ, в которой указан начальный адрес подпрограммы обработки радиального прерывания, Зта подпрограмма осуществляет наращивание на единицу счетчика меток времени, организованного в одной или нескольких ячейках памяти ЗВМ, по каждому факту радиального прерывания, Таким образом, с помощью импульсов на выходе 56 первого канала таймера 7 организуется режим реального времени ЭВМ.ЭВМ, работая в этом режиме, в необходимые моменты времени анализирует длительность дискретных сигналов, поступающих от удаленного источника на вход 57 блока 10 гальванической развязки. Допустим, необходимо проанализировать длительность дискретного сигнала за интервал времени с -11 (фиг. За), при этом ожидаемая 50 длительность принимаемого дискретного сигнала должна быть не менее 1/2 периода импульсов меток реального времени на выходе 56 таймера 7, т,е. не менее с, (нижний порог селек ции по длительности), и не более пери. ода этих импульсов, т.е. не более 1-С, (верхйий порог селекции по длительности). В момент 1 прихода очередной метки времени ЭВМ, обращаяськ регистру 9 состояния в цикле ВЫВОД,активирует линии сигналов нулевого ишестого разрядов адреса-данных канала 24, сопровождая выводимые данныесинхроимпульсом вывода. Происходитвзведение триггера 14 и подтверждениевзведенного состояния триггера 16На выходе 50 триггера 14, а также навходе 37 таймера 7 и на Г-входе 51триггера 12 активируется сигнал разрешения (см. Фиг. Зб). Если на вход 57блока 10 гальванической развязки вэто время поступает дискретный сигнал, на входе 58 элемента 2 И-НЕ 11действует уровень разрешения в течение времени й -, (см, фиг, Зв) и импульсы периода и Т со входа 59 элемента 2 И-НЕ 11 (т.е. с выхода 53 нулевого канала таймера 7) поступаютна частотный вход 60 второго каналатаймера 7 (фиг. Зг). Поскольку первыйи второй каналы таймера 7 были запрограммированы одинаково,в момент временина выходе б 1 второго каналатаймера 7 появляется сигнал, которыйвзводит триггер 12 (фиг, Зд). Сигналс выхода 62 этого триггера поступаетна вход 21 коммутатора 5. Центральныйпроцессор ЭВМ в.течение времени 1 -с(см. Фиг, Зд), называемого временеможидания предоставления прерывания,завершает вь 1 полнение текущей командыи вводит адрес вектора прерывания,как это было указано выше при описании селектора 5 работы и блока 13.Синхроимпульсом ответа с выхода 26селектора 5, поступающим через элемент ИЛИ 17 на К-вход 63 триггера 14разрешения прерывания, последний сбрасывается (момент времени с на Фиг.Зб), что приводит к запрету счета второго канала таймера 7, сбросу триггера 12 и к снятию сигнала требованияпрерывания на выходе 22 селектора 5. Подпрограмма обслуживания секторного прерывания, начальный адрескоторой находится в ячейке памятиЭВМ, на которую указывает введенныйвектор, по Факту векторного прерывания информируется о том, что принятдискретныР 1 сигнал длительностью ,причем ( -й, 1(1 -с ),В случае, если длительность принимаемого сигнала меньше нижнего порога й,-й,1, что свойственно импульсу помехи в отсутствие дискретногосигнала, на выходе 62 триггера 12 не возникает. ЭВМ в этом случае заканчивает анализ принимаемого дискретного сигнала в момент времени С по прихо 3 5 ду метки времени (радиального прерывания), сбрасывая в цикле ВЫВОД триггер 14 и одновременно подтверждая взведенное состояние триггера 15(штриховая линия на фиг. Зб). По фак О ту отсутствия векторного прерывания эа отведенный для анализа промежуток времени 1 -11. ЭВМ делает вывод о том, что дискретный сигнал отсутствует на входе устройства.15Если необходимо проанализировать дискретный сигнал, имеющий длительность, большую, чем период меток времени С -й, то верхний порог селекции ПО длительности программа ЭВМ уста навливает кратным этому периоду, а сразу же после окончания ввода адреса вектора прерывания в момент времени й, программа ЗВМ вновь взводит триггер 14, одновременно подтверждая взведенное состояние триггера 5. Счетчики второго канала таймера 7 на. чинают счет с начального значения, и .вся процедура повторяется. ЭВМ делает вывод о длительности принятого дискретного сигнала по количеству векторных прерываний за отведенный промежуток времени, определяемый радиальными прерываниями.Таким образом, применение устройства позволяет производить ввод дискретных сигналов в ЗВМ, работающую в режиме реального времени, по прерываниям. Отключения центрального процессора ЭВМ на обслуживание устройства заключаются лишь в однократной за все время работы программы инициализации таймера 7, обслуживании радиальных прерываний (меток времени), включении и выключении в необходимые моменты времени триггера 14 регистра 9 состояния и обслуживании векторных прерываний от устройства, Все вышеперечисленные отвлечения центрального процессора ЭВМ оказывают ничтожно малое воздействие на его загрузку. 50 ,Пропускная способность устройства, таким образом, выше пропускной способности аналогичных устройств, осуществляющих ввод дискретных сигналов в программном режиме. 55Кроме того, применение двухпороговой селекции по длительности вводимых дискретных сигналов позволяет повысить степень их защиты от помех, следовательно, повышается достоверность вводимой в ЭВМ информации. Особенно эффективна двупороговая селекция по длительности, когда вводимые дискретные сигналы имеют фиксированную длительность, в несколько раз большую длительности помех. Зто позволяет легко организовать с помощью устройства помехоэащищенный ввод в ЭВИ цифровь 1 х кодов от удаленных источников по последовательному каналу связи.Формула изобретенияУстройство для ввода дискретных сигналов, содержащее канальные приемники, канальные передатчики, канальные приемопередатчики, блок управления, селектор адреса, компаратор ад" ресов, программируемый таймер, генератор импульсов, регистр состояния и блок гальванической развязки, вход которого является информационным входом устройства, входы канальных приемников являются группой входов управления обменом устройства, выходы канальных передатчиков являются выходами устройства, входы-выходы первой группы канальных приемопередатчиков являются входами-выходами адреса-данных устройства, вход переключения направления передачи канальных приемо- передатчиков подключен к выходу блока управления, группа входов-выходов адреса данных селектора адреса соедине- . на с второй группой входов-выходов канальных приемопередатчиков, первая, вторая .группы входов установки адресов сравнения и выход сравнения адресов селектора адреса соединены соответственно с положительным и нулевым потенциалами источника питания и с входом сравнения адресов компаратора адресов, адресные входы компаратора адресов соединены с младшими разрядами второй группы входов-выходов канальных приемопередатчиков, выход синхроимпульса ответа компаратора адресов соединен с соответствующим входом канальных передатчиков, выходы сигнала разрешения, младший и старший адресные выходы компаратора адресов соединены соответственно с входом выборд кристалла, с младшими и старшими адресными входами программируемого таймера, частотный вход нулевого канала которого соединен с выходомгенератора импульсов, вход синхроимпульса чтения и вход синхроимпульса записи программируемого таймера соединены с соответствующими выходами5 канальных приемников, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повьшения достоверности вводимой информации в устройство введены элемент 2 И-НЕ, 1 К-триггер, блок прерывания, а регистр состояния содержит первый Э- триггер, второй Э-триггер, элемент И и элемент ИЛИ, .вход синхроимпульса ввода блока управления соединен с соответствующим выходом канальных приемников, вход синхроимпульса ответа соединен с соответствующим входом канальных передатчиков, группа входов управления обменом селектора адреса соединена с соответствующими выходами 2 О канальных приемников, входы ввода и . вывода компаратора адресов соединены с соответствующими выходами канальных приемников, группы входов-выходов данных программируемого таймера соединены 25 ,с соответствующими входами-выходами .второй группы младших разрядов канальных приемопередатчиков, выход нулевого канала программируемого таймера соединен с частотным входом первого канала и с первым входом элемента 2 ИНЕ,к второму входу которого подключен выход блока гальванической развязки,вы. ход элемента 2 И-НЕ соединен с частотным входом второго канала программируемого таймера, выход радиального прерывания первого канала которого соединен с соответствующим входом канальных пере. датчиков, прямой выход второго Э-триггера соединен с входами разрешения счета нулевого и первого каналов про О граммируемого таймера, прямой выход первого Э-триггера соединен с входом разрешения счета второго канава программируемого таймера и входом ;.броса 1 К-триггера, синхров ",од которого соединен с выходом второго канала программируемого таймера, 1- и К-входы 1 К-триггера соединены соответственно с положительным и нулевым потенциалами источника питания, первый вход элемента И соединен с выходом строба управления компаратора адресов, второй вход элемента И соединен с выходом синхроимпульса канальных приемников, выход элемента И соединен с синхровходами первого и второго Э-триггеров, Э-входы которых соединены соответственно с шестым и нулевым разрядами входов-выходов второй группы канальных приемопередатчиков, вход сброса второго Э-триггера соединен с первым входом элемента ИЛИ и с выходом начальной установки канальных приемников, второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом синхроимпульса ответа селектора адреса, выход. элемента ИЛИ соединен с входом сброса первого Э-триггера, инверсный выход 1 К- триггера соединен с входом требования прерывания селектора адреса, первая и вторая группы входов установки адреса вектора прерывания которого соединены соответственно с положительным инулевым потенциалами источника питания, выход требования прерывания селектора адреса соединен с соответствующим входом канальных передатчиков, и с входом требования прерывания блока прерывания, вход предоставления прерывания и выход предоставления прерывания которого соединены соответственно с соответствующими выходами каьальных приемников и входов канальных передатчиков.- Ра решение рерьЗания- программный доступ Ья Записи1522221 С мянцдьн 6 Цчиюкнит / Ий ррар рр оставитель С. Кулиехред А.Кравчук Корректор В. Кабаций едактор А. Долин Тираж ббо комитет Москва,В Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород гарина, 101 каз б 965/47 НИИПИ Государственно 11303Подписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР