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Zentrales Signalverarbeitungsgerät Die vorliegende Erfindung betrifft
ein zentrales Zeitmul.ti.plex-System zur Überwachung einer Viel.zahl elektrischer
Geräte durch ein Zeitmultiplex-System. Insbesondere bezieht sie sich auf ein zentrales
Signalverarbeitungsgerät zur zentralen Signal.verarbeitung einer Vielzahl von elektrischen
Geräten. Zeitmultiplex-Systeme und Frequeflzmultiplex-Systeme wurden bisher zur
Übertragung von Signalen über eine kleine Zahl von Leitungen auf eine Vielzahl el.ektrischer
Geräte verwendet. Insbesondere sind Zeitmultiplex-systeme dann verwendet worden,
wenn die Zahl der Signale sich erhöhte. Das Zeitmultiplex-System umfasst verschiedene
Systeme wie zum Beispiel das PCM-System, PPM-System etc. Diese Systeme sind in der
Praxis im Bereich der Kommunikation, der Datenübertragung etc. verwendet worden.
Diese Systeme sind jedoch recht komplaziert und mit hohen Kosten verbunden, da sie
zur Übertragung von Signalen hoher Qualität entwickelt wurden.
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Die konventionellen Systeme sind zu kompliziert, um sie für die Übertragung
von Signalen von nur einfachen Daten wie zum Beispiel von Ein/Aus-Signalen von Schaltern
bei relativ kurzen (Ibertragunlrsabständen, so wie sie bei Schiffen, Zügen, Autos,
in Betrieben etc.
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auftreten, zu verwenden. Es wurde zu diesem Zweck vorgeschl.agen,
die Signale durch Übertragung eines Taktsignals und eines Datensignals,
das
die Daten von elektrischen Geräten in ein bis zwei Bits darstellt, nachzuweisen;
wobei die Datensignale wiederholt übertragen werden.und die Datensignale durch Ze.itzählung-der
Taktsignaie nachgewiesen werden, um die vorher bestimmte Adresse zu erfassen. Die
Multiplex-Signale können durch sol.ch ein System auf recht einfache Weise im Vergleich
zu dem PCM-System etc. übertragen werden.
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fls ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein zentrales Signal.-verarbeitungsgerät
zu schaffen, welches die Signale vieler Signalquellen, wie zum Beispiel die Signale
von Steuerschaltern oder die Zustandssignale von elektrischen Geräten sammelt und
je nach den empfangenen Signalen in einem einfachen Zeitmultiplex-System Arbeitsbefehlssignale
für die elektrischen Geräte bildet.
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Das erfindungsgemässe zentrale Verarbeitungsgerät umfasst einen Steuerteil
oder Kontrollteil, welche verschiedene Taktsignale zur Erzeugung von Zeitmul.tiplex-Signalen
bildet und das Einlesen und Auslesen und die logische Verarbeitung der Signale im
zentralen Verarbeitungsgerät steuert, wobei die von den Signalverarbeitungsgeräten
am Übertragungsende zurückgeschickten Signale im Eingangsverarbeitungsteil empfangen
werden und wobei die Signale aufgrund der Befehle des Befehisteils ausgewählt werden
und im Speicherteil gespeichert werden, und wobei die logische Verarbeitung der
gespeicherten Signale im Verarbeitungsteil aufgrund von Befehlsanweisungen des Steuerteil.s
erfolgt und worauf das Ergebnis wiederum im Speicherteil gespeichert wird und die
gespeicherten Signale durch den Ausgangsverarbeitungsteil. der Multiplex-Signaliibertragungsleitung
(6) aufgrund eines Befehls des Steuerteils ausgegeben werden, und zwar als Arbeitssignale.
Somit ist es möglich, ein zentrales Verarbeitungsgerät für das Zeitmultiplex-System
zu scliaffen, welches einen einfachen und konvertiblen (wandelbaren) Aufbau hat,
da die Einrichtungen der Blocks mit im Tlandel erhältlichen integrierten Schaltungen
hergestellt werden können. Falls erforderlich, ist es auch möglich, eine einzige
spezielle integrierte Schaltung als Bauteil zu verwenden. Die Anderung des Steuersystems
kann leicht erfolgen, indem man den Steuerteil ändert.
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der folgenden
Zeichnungen beschrieben: Figur 1 stellt ein Blockdiagramm eines typischen Zeitmul.tiplex-Systems
dar; Figur 2 stellt Impulsformen eines Zeitmultiplex-Systems der Figur 1 dar; Figur
3 ist ein Blockdiagramm eines konventionellen zentralen Signalverarbeitungsgeräts;
Figur 4 ist ein Blockdiagramm einer Verkörperung eines zentralen Verarbeitungsgeräts
gemäss der Erfindung; Figur 5 zeigt Taktimpulsformen zur Darstellung der Arbeitsweise
der Ausführungsform in Figur 4; Figur 6 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung der
Impulsverarbeitung in der Ausführungsform der Figur 4; Figur 7 ist ein Bl.ockdiagramm
zur Darstellung des Signaleingangs und des Signal ausgangs in der Ausführungsform
der Figur 4; Figur 8 ist ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
und Figur 9 zeigt Taktimpulsformen zur Darstellung der Arbeitsweise der Ausführungsform
in Figur 8.
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In Figur 1 bezeichnet die Bezugsziffer(l)ein zentrales Signalverarbeitungsgerät,(2)bezeichnet
einen Kontrolltei.l, (3) bezeichnet einen Signalverarbeitungsteil., (4) bezeichnet
eine Stufe zur Verarbeitung der Eingangssignale, (5) bezeichnet einen Teil zur Verarbeitung
der Ausgangssignale, (6) bezeichnet eine Übertragungsleitung für Multiplex-Signale,
(7a), (7b) bezeichnen Signalverarbeitungs-Endstufen,
(8a), (8b)
bezeichnen Verarbeitungsstufen für Eingangs-und Ausgangssignal.e, (9a), (9b) bezeichnen
Trennstufen für die Signale, (10a) bezeichnet eine Treiberstufe, (11a), (leib) bezeichnen
eine Stufe zur Zusammensetzung der Rücksignale, (12a), (12b) bezeichnen Teile zur
Erzeugung der Rücksignale, (13) bezeichnet eine elektrische Last, (14) bezeichnet
einen Kontrollschalter. tn figur 1 nur nur an az von Signalverarbeitungsgeräten
(7a), (7b) der elektrischen Last (IS) und des Kontrollaehaltors ti*) dargesteilt,
stellvertretend für eine Mombination bestehend aus einer Signalverarbeitungsendstufe
und dem elektrischen Gerät.
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Figur 2 zeigt eine Multiplex-Signal.wel.l.enform auf der Mul.tiplex-Signalübertragungsleitung
(6). Figur 2A zeigt die Wellenform des Datensignals und Figur 2B zeigt die Wellenform
des Taktimpul.ssignals, wobei (120) den Synchronisationssignaliinpuls bezeichnet.
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(121) bezeichnet den Arbeitssignalimpuls, (.122) bezeichnet ein Feillersignal
und (123) bezeichnet einen Taktimpuls; und (T) bezeichnet die Wiederholungsperiode
des Mul.tipl.ex-Signal.s und (t) bezeichnet die Wiederholungsperiode des Taktsignals.
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In Figur 2 ist die Arbeitsweise der Ausführungsform von Figur 1 dargestellt.
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In Figur 2 liefert das Taktsignal (B) eine zeitliche Referenz des
Zeitmultiplex-Signals,und es ist der Signal impuls mit der Wiederholungsperiode
(t) und er wird gewöhnlich auf das gesamte System übertragen.
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In dem Datensignal der Figur 2t liefert das Synchronisationssignal
(120) die zeitliche Referenz für die wiederholte Messung des Multiplex-Signals,
das den Zeitnullpunkt darstellt, und es wird in konstanten Perioden (T) wiederholt.
Während das Arbeitssignal (121) und das Fehlersignal (122) als ein Impuls des Taktimpulssignals
(123) dargestellt sind, entspricht die Impulsbreite des Synchronisationssignals
(120) zwei Pulsen des Taktimpul.ses (123),
Um das Synchronisationssignal
zu identifizieren, gibt es verschiedene Möglichkeiten, wie zum Beispiel die Anderung
der Impulsbreite oder die Änderung der Impulspolarität etc. Die Daten werden durch
die Zeitmul.tiplex-Signale entsprechend den elektrischen Geräten übertragen, und
zwar nach der Übertragung des Synchronisationssignals (120).
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Figur 2 zeigt die Wellenformen in dem Fall. der Übertragung von Daten
auf N verschiedene Arten von elektrischen Geräten.
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Die Zeitperioden für jedes der elektrischen Geräte sind durch die
Kanalzeitperioden CH1, CH2 bis CHN angedeutet.
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Die Lagen der Kanalzeitperioden vom-Bezugspunkt des Synchronisationssignals
(120) werden als Adressen dargestellt.
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Wie aus Figur 2A hervorgeht, werden die Kanalzeiten in Perioden (T)
wiederholt genau so, wie diejenigen in Figur 2B. Das bedeutet, dass die Signale,
die den elektrischen Geräten entsprechen, innerhalb jeder Periode (T) übertragen
und empfangen werden.
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Die Signal.e, die den elektrischen Geräten entsprechen, sind als zwei
Impulse des Taktsignals (123) dargestellt, wobei der frühere erste Impuls dieser
beiden Impulse das Arbeitssignal (121) zur Bedienung des elektrischen Geräts ist
und der letztere eine Impuls das Fehlersignal (122) für das Auftreten eines Fehlers
in dem elektrischen Gerät ist.
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Das zentrale Verarbeitungsgerät ( überträgt das in Figur 2B dargestell.te
Taktsignal und das Synchronisationssignal (120) des Datensignals der Figur 2A und
auch den Arbeitssignalimpuls (121) entsprechend der elektrischen Last. Das Signalverarbeitungsgerät
am Obertragungsende (7) überträgt in umgekehrter Richtung das Fehlersignal (122)
und den Arbeitssignalimpuls (121), je nach Stellung des Kontrollschalters.
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Das Arbeitssignal (121) kann von dem zentralen Signalverarbeitungsgerät
(1) übertragen werden, oder es kann in umgekehrter Richtung von dem Signalverarbeitungsgerät
am Übertragungsende (7) übertragen werden. Für die elektrische Last (13) sollte
der Arbeitssignalimpuls von dem zentralen Signalverarbeitungsgerät (1) übertragen
werden, während er für den Kontrollschalter (14) durch das Signalverarbeitungsgerät
am Übertragungsende (7) übertragen werden sollte.
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Es ist deshalb für die Zuweisung von Kanalzeiten an die elektrischen
Geräte klar, ob es sich bei dem. elektrischen Gerät um die elektrische Last (13)
oder den Kontrollschalter (14) handel.t, wobei es möglich ist, die Zeiten so zu
wählen, dass nicht gleichzeitig Signale von den Geräten (1) und (7) erzeugt werden.
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In dem zentralen Signalverarbeitungsgerät (1) der Figur 1 soll der
Kontrollteil (2) die Überwachung sämtlicher Betriebsfunktionen des Geräts übernehmen,
wobei der Referenzoszil.lator das Taktsignal (123), das Synchronisationssignal.
(120) und das Referenzsignal des Zeitmultiplex-Signals erzeugt. Der Kontrollteil
(2) führt die Kontrolle des Einlesens und Auslesens von Signalen des zentralen Signalverarbeitungsgeräts
(1) aus und auch die Kontrolle über die Verarbeitung der logischen Signale.
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In dem Teil zur Verarbeitung der Eingangssignale (4) werden das Arbeitssignal
(121) und das Fehlersignal (122), welche von den Signalverarbeitungsgeräten am Obertragungsende
(7a), (7b) zurückgegeben werden, von einem Pufferkreis aufgenommen, in welchem die
Pegelumsetzung der Signale von den Multiplex-Signalleitungen (6) ausgeführt wird,
um einen Signalpegel zu schaffen, der sich für die Verarbeitung in dem zentralen
Signalverarbeitungsgerät (1) eignet, wobei der innere Kreis vor dem Besseren Impulsverhalten
geschützt ist.
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Die gewifnschten'Daten werden von den in dem Pufferkreis empfangenen
Signalen durch eine Anweisung des Kontrollteils (2) ausge-.
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wählt und in den Signalverarbeitungsteil (3) eingegeben.
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Die Daten, die von dem Teil. zur Verarbeitung von Eingangssignalen
(4) ausgewählt werden, werden von dem Signalverarbeitungsteil. (3) aufgenommen,
wobei das der elektrischen Last (13) entsprechende Arbeitssignal durch eine vorbestimmte
logische Kontrollfunktion erzeugt wird.
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Das Arbeitssignal wird in den Teil zur Verarbeitung von Ausgangssignalen
(5) eingegeben und wird dann durch die Mul.tiplex-Signal.-übertragungsleitung (6)
durch eine Anweisung des Kontroliteils (2) übertragen, und zwar als Arbeitssignal.impuls
(121) in dem vorherbestimmten Kanalzeitinterval.l.,und gleichzeitig wird das Synchronisationssi'gnal
(12o) über die Mul.tiplex-Signalübertragungsleitung (6) übertragen.
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Das Signal, das von dem Teil zur Verarbeitung von Ausgangssignalen
(5) übertragen wird, wird durch den P ufferkreis geschickt, weicher als letzte Stufe
des Teil.s zur Verarbeitung von Ausgangssignalen (5) angeordnet ist, wobei der Signalpegel.
umgesetzt wird.
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Die Multiplex-Signale werden durch die Verarbeitung in dem Pufferkreis
gegen das äussere Rauschen unempfindl.ich, und der innere Kreis wird vor dem Impulsverhalten
ausserhalb geschützt.
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Das Taktsignal (123), das von dem Kontroll.teil. (2) erzeugt wird,
wird auch durch den Pufferkreis, welche in dem Teil zur Verarbeitung von Ausgangssignalen
(5) gelegen ist, hindurch auf die Multiplex-Signalübertragungsleitung (6) ausgegeben.
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Die Multiplex-Signalübertragungsleitung ist mit dem zentralen Signa]-verarbeitungsgerät
(1) und den Signalverarbeitungsgeräten am Obertragungsende (7a), (7b) verbunden,
wobei das Datensignal der Figur 2A und das Taktsignal der Figur 2B übertragen werden.
Das Signalverarbeitungsgerät am bertragungsende (7a), das der elektrischen Last
(13) zugeordnet ist, wird im folgenden beispielsweise beschrieben.
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Der Teil zur Verarbeitung von Eingangs- und Ausgangssignalen (8a)
enthält in dem zentral.en Signalverarbeitungsgerät (1) einen Pufferkreis
(der
gleiche wie in dem Teil zur Verarbeitung von Eingangssignal.en (4) und von Ausgangssignal.en
(5)).
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In dem Teil. zur Verarbeitung von Eingangs- und Ausgangssignalen werden
das Taktsignal und das Datensignal. in der Mul.tiplex-Übertragungsleitung (6) von
dem Pegelumsetzer aufgenommen, anschliessend auf die Signaltrennstufe (9a) übertragen,
und die Zusammensetzstufe für das Signal und das rückäufige Signal (via) wird von
dem Pegelumsetzer aufgenommen und auf die Multiplex-SignalübertragungsAeitung (6)
gegeben.
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Die Signaltrennstufe (9a) empfängt das Taktsignal. und das Datensignal,
um daraus das Synchronisationssignal. (120).abzutrennen.
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Da die Pulsbreite des Synchronisationssignals (120) den zwei Pul.sen
des Taktsignals entspricht, kann das Synchronisationssignal identifiziert und durch
Abzählen der Taktsignale abgetrennt werden, wobei die Referenzzeit für das Zähl.en
deutlich erkannt wird.
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In der Signaltrennstufe (9a) kann das Kanalzeitintervall, das der
elektrischen Last (13) zugeordnet ist, durch Abzählen der Taktsignal.e, beginnend
mit der Referenzzeit,jn Übereinstimmung mit der vorherbestimmen Adresse ermittelt
werden und ebenso können die Datensignale in der ersten Ilalbperiode des Kanalintervalls
ermittel.t und abgetrennt werden. In der Treiberstufe (ion) werden die Daten, die
in der Signaltrennstufe (9a) abgetrennt wurden, demoduliert.
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Da das Datensignal ein Zeitmultiplex-Signal. ist und nur in kleinen
Teilen des Pulses der Gesamtperiode (T) übertragen wird, wird das Signal über eine
Periode (T) solange gehalten, bis das Signal der nächsten Periode übertragen wird.
In der Treiberstufe (ion) wird das demodul.ierte Signal verstärkt, um die elektrische
Last (13) zu treiben, Der Teil zur Erzeugung von rückBufigen Signalen (1-2a) soll.
ausserdem den fehlerhaften Zustand der elektrischen Last (13) feststel.-len.
Der
Fehlerzustand wird durch Messen des Potentials am Verbindungspunkt der Treiberstufe
(loa) mit der elektrischen Last (13) ermittelt, um herauszufinden, ob die elektrische
Last (13) in einem eingeschalteten oder ausgeschalteten Zustand ist.
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In dem Teil. zur Erzeugung von Rücksignal.en (via) wird das in dem
Teil zur Erzeugung von Rücksignalen (12a) erzeugte Signal zurAckgesendet als Fehlersignal(122),
und zwar in der letzteren Flal.bperiode des Kanalintervalis, wel.ches in der Signaltrennstufe
(9a) unterteilt wird. Der Fehlersignalimpuis (122) wird durch den Bufferkreis in
den Teil zur Verarbeitung von Ein- und Ausgangsimpulsen (8a) übertragen und von
da auf die Multiplex-Signalübertragungsleitung(6) gegeben. Das Signalverarbeitungsgerät
am Obertragungsende (7b), das dem Kontrollschalter (14) zugeordnet ist, wird im
folgenden beispielsweise beschrieben.
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Der Teil zur Verarbeitung von Bingangs- und Ausgangsimpulsen (8b)
ist der gl.eiche, wie der Teil zur «'erarbeitung von Eingangs- und Ausgangsimpulsen
(8a) Die Signaltrennstufe (9b) trennt das Synchronisationssignal (120) in ähnlicher
Weise ab wie die Signaltrennstufe (9a), wobei das Zeitintervall, das dem Kontrollschalter
(14) zugeordnet ist, ermittelt wird.
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Das Arbeitssignal wird jedoch nicht an den Kontrollschalter (14) übertragen,
wodurch es sich erübrigt, das.-Datensignal abzutrennen, und wodurch auch eine Treiberstufe
unnötig wird.
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In dem Teil zur Erzeugung rückläufiger Signale (12b) werden der ein-
und aus geschaltete Zustand oder Fehlerzustand des Kontrollschalters (14) ermittelt.
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In dem Teil zur Zusammensetzung des Rücksignals (leib) wird das Arbeitssignal
des Kontrollschalters, wel.ches von dem Teil zur Erzeugung des Rücksignals (12b)
ermittelt wird, in der ersten Halbperiode des Kanalintervalls übertragen und in
der Signaltrennstufe (9b) abgetrennt, und das Fehlersignal wird in der zweiten Halbperiode
des Kanalintervalls übertragen.
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Das Arbeitssignal und das Fehlersignal werden entsprechend durch den
Teil zur Verarbeitung der Eingangs- und Ausgangssignale (8b) hindurchgeschickt und
auf die Multiplex-Signalübertragungsleitung (6) gegeben, und zwar als Arbeitssignalimpul.s
(121-) und als Fehlersignalimpuls (122).
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In der beschriebenen Ausführung ist nur ein Signal.verarbeitungsgerät
am Obertragungsende (7a) der el.ektrischen Last (13) zugeordnet und nur ein Signalverarbeitungsgerät
am Obertragungsende (7b) ist dem Kontrollschalter (14) zugeordnet, wie in der Zeichnung
dargestellt ist. Wenn eine Vielzahl elektrischer Geräte angeschlossen wird, sollte
eine entsprechende Zahl. von Signalverarbeitungsgeräten am Obertragungsende verwendet
werden.
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Figur 3 ist ein Blockdiagramm eines zentralen Signaiverarbeitungsgeräts
(1), wie er zur Steuerung elektrischer Geräte in einem Zeitmultiplex-System verwendet
wird.
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In Figur 3 bezeichnet die Bezugsziffer (31) einen Seriellzu-Parallelwandler,(32)
bezeichnet einen Teil zur logischen Verarbeitung und (33) bezeichnet einen Parallel-zu-Seriellwandler.
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Das konventionelle zentrale Signalverarbe'itungsgerät wird im folgenden
beschrieben. Es ist eine besonders wichtige Funktion des zentralen Signalverarbeitungsgeräts,
das Arbeitssignal für die elektrische Last zu erzeugen, und zwar als Folge des Rücksignals
von dem entsprechenden Signalverarbeitungsgerät am bertraeungs ende. Dieses Problem
wird besonders diskutiert.
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Die Umsetzung des Spannungspegels desjenigen Signals, das von dem
Verarbeitungsgerät am Obertragungsende (7) über die Multiplex-Signalübertragungsleitung
(6) zurückkommt, wird durch einen Bufferkreis in dem Verarbeitungsteil für Eingangssignale
(4) ausgeführt, um einen Spannungspegel zu erzeugen, der von dem zentralen Verarbeitungsgerät
(1) verarbeitet werden kann.
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Das Signal wird durch einen Einlesekontroll.befehl des Kontrollteils
(2) ausgewählt und wird dann zu dem Signalverarbeitungsteil (3) des Eingangssignals
gel.eitet. Da das Signal des Teils zur Verarbeitung des Eingangssignals (4) seriel.le
Signale umfasst, die zeitlich gemultiplext sind, werden sie in parallele Signale
durch den Seriel.l-zu-Parallelwandler (31) konvertiert.
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Der Seriell-zu-Parallelwandler (31) umfasst eine Reihe von Schieberegistern
mit seriellem Eingang und parallelem Ausgang und einen bistabilen Flip-flap als
Gedächtnis für den parallelen Ausgang des Shift-Registers (Flip-flap vom Verzögerungstyp).
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Als Ausgang des Seriell-zu-Parallelwandlers (31j wird jeweils ein
Typ von Signalen ausgewählt, und zwar aus den Fehlersignalen der elektrischen Last,
die von dem Verarbeitungsgerät (7)am Ende der Obertragung übertragen werden, aus
den Rücksignalen der Arbeitssignale und den Fehlersignalen, die von den Kontrollschaltern
durch den Teil. zur Verarbeitung der Eingangssignale (4) zurückgesendet werden;
diese ausgewählten Signale werden aus dem Zeitmultiplex-Signal auf ein Gleichspannungssignal
demoduliert.
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Von den Rücksignalen wird eine Zahl n in den logischen Verarbeitungsteil
(32) eingegeben, wo die Arbeitssignale zur Bedienung der elektrischen Last erzeugt
werden.
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Das bedeutet, dass alle logischen Zustände zur Bedienung der elektrischen
Lasten durch diesen logischen Kreis gesetzt werden Wenn zum Beispiel. C als UND-Zustand
zweier Eingänge A und B bedient wird, umfasst das Gerät die UND-Schaltung mit A
und B als Eingänge und C als Ausgang. Die anderen Zustände werden wie vorher gesetzt.
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Der logische Verarbeitungsteil. (32) kann dadurch gebildet werden,
dass er ein UND-Gatter, ein ODER-Gatter, ein NICHT-Gatter, einen Flip-flap-Kreis
und einen Zeitkreis umfasst. Die parallelen Signaleingänge zu dem logischen Verarbeitungsteil
(32) werden logisch
parallel verarbeitet, um eine Anzahl m von
Arbeitssignalen für parallele Lasten zu erzeugen.
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Die Last-Bedienungssignale werden durch den Paraliel-zu-Serieljwandler
(33) von den parallelen Signalen auf serielle Signale als Zeitmultiplex-Signale
gewandelt.
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Der Parallel-zu-Seriellwandler (33) umfasst ein Schieberegister mit
parallelem Eingang und seriellem Ausgang oder einen Multiplexer.
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Der Ausgang des logischen Verarbeitungsteils (32) wird sequentiell
durch eine Ausl.esekontrollanweisung des Kontrollteils (2) gegeben, um so das gewünschte
Signal innerhalb des gewünschten Zeitintervalls auszugeben.
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Die Spannungspegelumsetzung des Ausgangs wird durch einen Bufferkreis
in dem Teil. zur Verarbeitung von Ausgangssignalen (5) durchgeführt und die Ausgangssignale
werden über die Multiplex-Übertragungsleitung (6) auf die Verarbeitungsgeräte am
Ende der Übertragungsleitung (7) gegeben.
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In dem Verarbeitungsgerät am Ende der fJbertragungsleitung (7) wird
die elektrische Last durch das Bedienungssignai. getrieben, so wie es in der Ausführungsform
der Figur 1 dargestellt ist. In dem zentralen Verarbeitungsgerät (1) mit dem beschriebenen
Aufbau kann die Zeit für logische Verarbeitung recht kurz sein und der Aufbau des
logischen Verarbeitungsteils (32) kann relativ einfach ausgeführt sein, da. die
Verarbeitung nur mit logischen Zuständen erfolgt.
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Wenn sich die logischen Zustände jedoch ändern, muss der loglschc
Verarbeitungsteil (32) gewandert werden. Es ist demzufolge schwierig, den logischen
Verarbeitungsteil (32) aus einem einzigen i.ntegrierte Baustein (I.C.) herzustellen.
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Die Anzahl. der Ein- und Ausgänge der logischen Verarbeitungseinheit
(32) sind (n + m). Der logische Verarbeitungsteil kann dem zufolge von recht kompliziertem
Aufbau sein, wenn viele Signale verarbeitet werden, und es ist schwierig, wegen
einer wachsenden
Anzahl von Peripheriegeräten eine ganze Fülle
von I.C.'s herzustellen. In dem Seriell-zu-Paral.lelwandler (31) vergrössert sich
die Zahl der parallelen Ausgänge in Abhängigkeit mit dem Anwachsen der Zahl der
Signale. Tatsächlich wird schon ein komplizierter Aufbau benötigt, um einige zehn
parallel.e Signale zu verarbeiten, obwohl. dieser Teil aus integrierten Bausteinen
besteht.
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Wenn der Serieil-zu-Parallelwandler (31) aus einem einzigen spezifischen
integrierten Baustein gebildet wird, können die inneren Schaltkreise zwar aufgebaut
werden, aber die Zahl der angeschlossenen Peripherie kann begrenzt sein. Dieselbe
Betrachtung gilt für den Paral lel-zu-Seriellwandl.er (33).
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In Übereinstimmung mit der Erfindung ist es möglich, ein zentrales
Signalverarbeitungsgerät zu schaffen, das sich jeder beliebigen Änderung von logischen
Zuständen, die mit handelsiiblchen integrierten Bausteinen oder einem einzigen spezifischen
integrierten Baustein aufgebaut werden können, anpasst, um die bisherigen Nachteile
zu überwinden. In Figur 4 wird im folgenden eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
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In Figur 4 bezeichnet die Kennziffer (21) einen Osziilator,(22) bezeichnet
einen Taktsignalgeber, (23) bezeichnet einen Synchronisationssignalgeber, (24) bezeichnet
einen Kontrollzeitgeber, (25) bezeichnet einen Kontrollzustandsgeber, (26) bezeichnet
eine Einlesekontrolle, (27) bezeichnet eine Verarbeitungskontrolle, (28) bezeichnet
eine Auslesekontroll.e, (35) bezeichnet ein Gedächtnis, (36) bezeichnet eine Verarbeitungsstufe,
(41) bezeichnet eine Pufferschaltung, (42) bezeichnet eine Eingangss.ignal-Verarbeitungsstufe,
(51) bezeichnet eine Ausgangssignal-Verarbeitungsstufe und (52) bezeichnet eine
Pufferschaltung. Hunter Verweis auf die Wellenformen der Figur 2 wird die Arbeitsweise
der Ausführungsform von Figur 4 nachfolgend beschrieben.
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Der Oszillator (21) ist ein konventioneller Schwingkrcis zur Erzeugung
rechteckiger Wel.lenformen mit konstanter Frequenz.
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Der. Impuls wird zur Erzeugung der Multiplex-Signale,wie schon oben
ausgeführt, benutzt und wird ausserdem für Kontrollfunktionen des zentralen Verarbeitungsgeräts
(1) verwendet. Dementsprechend wird die Frcun des shwingkreises grösser al t,Ir
grösste Wort des gewünschren Taktsignals gewält.
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Der Oszillator (21) kann aus einem nicht-stabilen Multivibrator oder
einem Schwingquarz aufgebaut sein.
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Der Taktsignalgeber (22) erzeugt einen Taktimpul.s (123) mit einer
Periode (t) in der Figur 2B, die durch eine geeignete Frequenzuntersetzung der von
dem Sozillator (21) erzeugten Pulse gebildet wird. Der Taktsignalgeber (22) kann
aus einer konventionellen Zählschaltung aufgebaut sein.
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Der Synchronisationssignalgeber (23) erzeugt den Synchronisationssignalimpuls
(120) mit einer Periode (T) und einer Pulsbreite (2t) der Figur 2A, die durch Frequenzuntersetzung
der Taktsignalimpulse (123) gebil.det wird, welche von dem Taktsignalgeber (22)
erzeugt werden. Der Synchronisationssignalgeber (23) wird aus einer konventionellen
Zähischaltung aufgebaut.
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Der Kontrollzeitgeber (24) erzeugt ein Zeitsignal, das für die Verarbeitung
der Signale der Einlesekontrolle (26), der Verarbeitungskontrolle (27), der Auslesekontrolle
(28) und der Signalverarbeitungsstufe (3) benötigt wird, wobei das Kontrollzeitsignal
mit gewünschter Frequenz und Pulsbreite von dem Impuissignal des Oszillators (21)
abgeleitet wird. Der Kontrollzeitgeber (24) kann durch eine konventionelle Zählschaltung
und einen Gatterkreis aufgebaut werden. Der ontrollzustandsgeber (25) erzeugt den
Kontrollzustand für die Anweisung dafür, ob gerade Eingabe/Ausgabe von Signalen
stattfindet oder ob gerade Signalverarbeitung in der
Signalverarbeitungsstufe
(3) stattfindet. Innerhalb jeder Frequenzlänge (auch als Rahmen bezeichnet) des
Multiplex-Signals beginnend mit dem Synchronisationssignal (120) gibt der Kontrollzustandsgeber
(25) Anweisung darüber, ob gerade Eingabe/ Ausgabe (I/O)von Signalen ausgeführt
wird oder ob in diesem Rahmen gerade Signalverarbeitung stattfindet.
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Ein Beispiel eines Kontrollzustandes ist in Figur 5 gezeigt.
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Figur 5 stellt die Well.enform eines Datensignals dar, wobei nur das
Synchronisationssignal (120) in ungefähr 5 Rahmen dargestellt ist. Figur 5B ist
der Kontrollzustand, wobei die Verarbeitung der Eingabe/Ausgabe des Signals zeitlich
abwechselnd innerhalb jeden Rahmens ausgeführt wird. D.h., dass Eingabe/Ausgabe
(I/0) des Signals in dem ersten Rahmen eingestoßen werden, dass im zweiten Rahmen
Signalverarbeitung (ARI) durchgeführt wird und dass sich diese beiden Funktionen
ständig abwechseln. Figur 5C stellt einen weiteren Kontrollzustand dar, wobei die
Verarbeitungsdauer auf zwei Rahmen verlängert worden ist, wenn die Verarbeitung
innerhalb eines Rahmens nicht beendet werden kann. Wie schon festgestellt wurde,
zeigt der Kontrollzustand das Einlesen bzw. Auslesen des Signals sowie die Signalverarbeitung
pro Einheit eines Rahmens des Zeitmultiplex-Signals an. Der Kontrol]zustandsgeber
(25) wird aus einer konventionellen Zählschaltung zum Abzählen der Synchronisationssignale
(120) aufgebaut. Die Einlesekontrolle (26) iiberwacht das Einlesen des Signals in
den Signalverarbeitungsteil (3).
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Während der Eingabe/Ausgabe-Periode, die durch den Kontrollzustandsgeber
(25) angezeigt wird, gibt die Einlesekontrolle (26) Anweisung an die Eingangsstufe
(4), und zwar in Abhängigkeit des Kontrollzeitsignals des Kontrollzeitgebers (24),
und es spricht die Adresse in dem Gedächtnis (35) an zur Speicherung des ingangssignals
durch Auswahl des Einlesesignals am Eingang. Die Verarbeitungskontrolle (27) hat
die Aufgabe, die logische Verarbeitung für die Erzeugung der Arbeitssignale an die
elektrischen Geräte einzuleiten, und zwar für die Eingangssignaldaten, die in dem
Gedächtnis (35) mit Hilfe der Einlesekontrolle (26) gespeichert wurden.
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Innerhalb der ARI-Periode.werden auf Anweisung des Kontrollzustandsgebers
(25) die Daten zur Verarbeitung aus dem'Gedächtnis (35) in die Verarbeitungsstufe
(36) ausgelesen, und zwar in Abhängigkeit von dem Kontrollzeitsignal des Kontrollzeitgebers
(24), die logische Verarbeitung der Auslesedaten wird durchgeführt und das Ergebnis
der Verarbeitung wird wieder in dem Gedächtnis (35) gespeichert.
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Während der Verarbeitung gibt die Verarbeitungskontrolle (27) der
Adresse des Gedächtnisses (35) Befehle und sie gibt weiterhin Befehle an die Verarbeitungsstufe
(36) ab.
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Die Ausl.esekontrol.le (28) hat die Aufgabe, das Auslesen des Arbeits-
oder Operationssignals aus dem Gedächtnis (35) zur Obertragung des Operationssignals
fflr die periphere Last zu steuern, was mittels logischer Verarbeitung durch Multipjex-Signalc,
, die an die Signalverarbeitungsgeräte am Obertragungsende (periphore Geräte) übertragen
werden, geschieht. Innerhalb der I/O-Periode - auf Anweisung des Kontrollzustandsgebers
(25) - gibt, die Auslesekontroll.e (28) eine Befehisanweisung an die Ausgangsstufe
(5), ihrerseits die Adresse in dem Gedächtnis (35) anzusprechen, die Operationssignaldaten
auszulesen und das Operations- oder Arbeitssignal auf die Multipl.ex-Signal.bertragungsleitung
(6) zu übertragen, und zwar in Abhängigkeit von dem Kontrollzeitsignal des Kontrollzeigebers
(24). In der Eingangsstufe (4) wird die Umsetzung des Spannungspegels der Rücksignale
von den Signalverarbeitungsgeräten am Obertragungsende, welche über die Multiplex-Signalübertragungsl.eitung-(6)
zurückkommen, in der Pufferschaltung (41) durchgeführt, um sie'auf ein Gleichspannungsniveau
zu bringen, das die Verarbeitung in dem zentralen Signalverarbeitungsgerät (1) ermöglicht.
Die Pufferschal.tung (41) hat ausserdem die Aufgabe, äussere Störspannungen auf
der Multipl.ex-SignaLüb ert- agungsleitung (6) abzuhalten. Die Eingangssignalverarbeitungsstufe
hat die Aufgabe, das Signal von der Pufferschaltung (41) je nach Befehlsanweisung
der Einlesekontrolle (42) auszuwählen und es an die Signalverarbeitungsstufe (3)
weiterzugeben.
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In der Signalverarbeitungsstufe (3) hat der Gedächtnisteil (35) die
Aufgabe, verschiedene Signaldaten zu speichern, und zwar in Abhängigkeit von Befehisanweisungen
der Kontrollstufe (2).
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Innerhalb der Kontrollzus?andsperiode für I/O, die durch den Kontrollzustandsgeber
(25) (Figur 5) angewiesen wird, wird ein Befehl von der Einlesekontrolle (26) und
der Auslesekontrolle (28) abgegeben. Wenn eingelesen werden soll, geschieht die
Auswahl des Signals auf Befehl der Einlesekontrolle (26) an die Eingangssignalverarbeitungsstufe
(42), und es werden nur die gewünschten Daten als Eingabedaten an das Gedächtnis
(35) gegeben und gleichzeitig in der Adressse des Gedächtnisteils (35) auf Anweisung
der Einlesekontrolle (26) gespeichert.
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Wenn die Kontrollzustandsperiode für ARI(Signalverarbeitungsperiode)
von dem Kontrollzustandsgeber (25) (Figur 5) vorgegeben wird, werden die Daten aus
dem Gedächtnis (35) nur zwischen dem Gedächtnisteil. (35) und der Verarbeitungsstufe
(36) übertragen.
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Das bedeutet, dass die Daten aus dem Gedächtnis (35) sequentiell einer
nach dem anderen in die Verarbeitungsstufe (36) übertragen werden,je nach Anweisung
von der Verarbeitungskontrolle (27). In der Verarbeitungsstufe (36) wird die logische
Verarbeitung der Eingabedaten durchgeführt,und das Ergebnis der Verarbeitung wird
wiederum in dem Gedächtnis (35) gespeichert, je nach Anweisung der Verarbeitungskontrolle
(27).
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Die logische Verarbeitung wird in Figur 4 dargestellt. Wenn das Signal
aus dem Gedächtnisteii (35) ausgelesen wird, befindet sich der Kontrollzustand in
der I/O-Periode. Die Auslesekontrolle (28) wird während dieser I/O-Periode aktiviert
und gibt der Adresse des Gedächtnisses (35) Anweisung, die Multiplex-Signale zu
übertragen und die Daten auszulesen.
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Die Auslesedaten werden in die Ausgangssignalverarbeitungsstufe (51)
eingegeben, die aus einem Puffergedächtnis zur zwischen zeitlichen Speicherung des
Ausgangssignals in einem Rahmen besteht.
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Das Signal, das innerhalb der I/O-Periode in der Ausgangssignal-Verarbeitungsstufe
(51) zwischengespeichert wird, wird in der ARI-Periode auf die Multiplex-Signalübertragungsleitung
(6) ausgegeben und in dem PuffergedSchtnis der Ausgangssignal.-Verarbeitungsstufe
(51) gespeichert. Wenn innerhalb des nächsten Rahmens die I/O-Periode zugewiesen
wird, werden die neuen Daten von dem Gedächtnis. (35) auf die Ausgangssignal-Verarbeitungsstufe
(51) übertragen und die zwischengespeicherten Daten werden über die Multiplex-Übertragungsleitung
(6) ausgegeben. Innerhalb eines Rahmens der ARI-Periode kann das Datensignal. nicht
aus dem Gedächtnisteil. (35) ausgegeben werden. nemzufolge wird ein Puffergedächtnis
in der Ausgangssignal-Verarbeitungsstufe (51) zur Verfügung gestellt, wobei dasselbe
Signal wiederholt in ewei Rahmen übertragen wird.
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Wenn die Verarbeitungsperiode und die ARI-Periode der Figur 5C auf
zwei Rahmen verlängert werden, wird dasselbe Signal. wiederholt in drei Rahmen übertragen.
In diesem Fall genügt es sogar, nur den Kontrollzustand der Figur 5C von dem Kontroilzustan<1sgeber
(25) festzulegen. Das Signal. der Ausgangssignal.-Verarbeitungsstufe (51) wird in
dem entsprechenden Kanalzeiti.ntervall als Arbeits- oder Operationssignal an die
elektrische Last ausgegcT)en, und zwar in Abhängigkeit von der Befehl.sanweisung
der Auslesekontrolle (28). Die Spannungspegelumsetzung des Signals der Ausgangssignal-Verarbeitungsstufe
(51) wird durch die Pufferschaltung (52) ausgeführt und auf die Multiplex-SignalUbertragungsleitung
(6) ausgegeben.
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Die Spannungspegelumsetzung des Taktsignals, das durch den Taktsignalgeber
(22) erzeugt wird, und des Synchronisationssignals, das durch den Synchronisationssignalgeber
(23) erzeugt wird, werden durch die Pufferschaltung (52) ausgeführt und-danach auf
die Multiplex-Signalübertragungsl.eitung (6) ausgegeben. Die Pufferschaltung (52)
setzt den Spannungspegel in dem zentralen Signalverarbeitungsgerät (1) auf einen
höheren Spannungspegel, um so das Einwirken von äusseren Störungen zu verhindern,
eine Impedanzwandlung durchzuführen und das Signal niederohmig über die Mul.tipl.ex-Signalübertragungsleitung
(6) zu treiben, und es schützt das zentrale Signalverarbeitungsgerät (1) vor grossen
Störspannungen auf der Multiplex-Signalübertragungsleitung (6).
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Innerhalb des Kontrollgeräts (2) kann die Struktur der drei Blöcke,
nämlich der Einlesekontrolle (26), der Verarbeitungskontrolle (27) und der Ausiesekontrolle
(28) je nach Zuordnung der elektrischen Lasten und der KontroLlschalter in den zu
steuernden Geräten und je nach den Steuerfunktionen zwischen den elektrischen Geräten
(Operation mode) geeignet gewählt werden.
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Wenn die Struktur der Geräte unverändert bleibt, kann demzufolge das
Kontrollgerät aus einem konventionellen NUR-Lese-Speicher (ROM) aufgebaut sein.
Wenn sich die Steuerungsbedingungen jedoch ändern, braucht nur der Inhalt des NlJR-Lese-Speichers
(ROM) gcändert zu werden. Ein veränderbarer NlJR-Lese-Speicher (ROM) ist bereits
im Handel, uns es kann demzufolge die Steuerfunktion leicht durch Benutzung eines
änderbaren ROM geändert werden.
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Bei Verwendung eines einzigen spezifischen integrierten Bausteins,
der einen veränderbaren ROM enthäl.t, kann man ein zentrales Signalverarbeitungsgerät
schaffen, das in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden kann.
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Das Gedächtnis (35) kann ein Schreib-Lese-Speicher sein, d.h., ein
normaler Speicher mit variablem Zugriff (randomacces memory, RAM), um die Signaldaten
einzuschreiben, zu verändern, und anschliessend
wieder auszulesen.
Es befinden sich bereits verschiedene integrierte Schreib-Lese-Speicher (RAM) am
Markt, d.h., RADl kann leicht eingesetzt werde.
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In Figur 6 soll ein Verarbeitungsbeispiel gezeigt werden. In Figur
6 sind nur diejenigen Teile dargestellt, die sich auf die Impulsverarbeitung der
Ausführungsform in Figur 4 beziehen.
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In Figur 6 bezeichnet die Hinweisziffer (351) ein UND-Gatter mit einem
negierten Eingang, (352) bezeichnet ein UND-Gatter, (353) bezeichnet ein ODER-Gatter,
(354) bezeichnet einen Speicher vom Schreib-Lese-Typ (RAM),(355) bezeichnet ein
IJND-Catter, (356) bezeichnet ein UND-Gatter mit einem negierten Eingang, (361),
(362) bezeichnen zwei bistabile Flip-flaps (latch), (363) bezeichnet ein NAND-Gatter
(UND-Gatter mit negiertem Ausgang) und (364) bezeichnet ein UND-Gatter. Die Verarbeitungskontrol]e
(2.7) umfasst Adressbefehlsausgänge (AD) und zeigt Impulsausgänge T1, T2, T3.
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Die Arbeitsweise des Beispiels in Figur 6 wird im folgenden beschrieben.
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Die Anweisung, dass es sich um eine I/O-Periode handelt, wird von
dem Kontrolizustandsgeber'(25) in dem Rahmen gegeben, der an den Rahmen mit der
Si gnalverarhfeitungsanweisung angrenzt. Das Signal das durch die Eingangssignal-Verarbeitungsstufe
(42) durch die Kontrollanweisung der Einlesekontrolle (26) ausgewählt wird, wird
in einem spezifischen Teil. des Gedächtnisses (354) gespeichcrt.
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Während des Befehls zur Ein-/Ausgabe durch den Kontrollzustandsgeber
(25) sind die UND-Gatter (351) und (356) des Gedächtnistcils (35) in offenem Zustand,
wobei das Signal. von der Eingangssi vnalverarbeitungsstufe (42) durch das UND-Gatter
(351) und das ODER-Gatter (353) in den Speicher (354) gelangt. Das Signal des Speichers
(354) wird durch das UND-Gatter (356) in den Signalvcrarbeitungsteil (51) ausgegeben.
Das Signalbett, das in den Speicher
(354)eingegeben wird, wird
während der Anweisung zu einer ARI-Periode, die von dem Kontrollzustandsgeber (25)
abgegeben wird, verarbeitet. Die UND-Gatter (352), (355) werden durch die An-Anweisung
zur Ausführung einer ARI-Periode geöffnet, wodurch der Speicher (354) mit dem Verarbeitungsteil
(36) verbunden ist und die Verarbeitungskontrolle (27) wird angestoßen, um den Verarbeitungsbefehl
abzugeben. Die Verarbeitungskontrol.le (27) wirkt auf das Signaldatum des Speichers
(354), der Adressbefehl wi.rk von dem Ausgang (AD) abgegeben und die Verarbeitung
des Signaldatums geschieht mit hilfe der drei Zeitausgänge T1, T2, T3.
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Während des Befehl.s zur Verarbeitung des ersten Datum (Bits) wird
die Adresse dieses Datums von dem Anschluss (AD) übergeben, und es wird weiter Befehl.
an den Anschlusspunkt T1 gegeben, wodurch das Datum in dem bistabilen Flip-flap
(latch) (361) gespeichert wird. Wenn nun das zweite Datum (Bit) verarbeitet werden
soll., wird die Adresse des Datums durch den Anschluss (AD) zugewiesen, und es wird
ein Befehl an den Anschlusspunkt T2 gelegt, wodurch das zweite Datum in dem bistabilen
Fl.ip-flap (362) gespeichert wird. Die bistabilen Flip-flop's (latches) (361), (362)
können aus einem gewöhnlichen Flip-flop vom Verzögerungstyp (D-Fiip-flop). bestehen.
Die an den Anschluss D gelegten Ei.ngangssignal.c werden eingelesen, wenn ein Eingang
an diesen Anschluss gegeben wird, und das Signal wird an den Ausgang Q übergeben.
Das Signal.
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an dem Ausgang Q wird solange gehalten, bis das nächste Signal eingelesen
wird. Die bistabilen Flip-flops (iatches) (361), (362) werden zum Speichern von
jeweils einem Datum, bestehend aus einem Bit verwendet-.
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Die NAND-Verarbeitung des Datums, das in die bistabilen latches (361),
(362) eingelesen wird, wird durch das NAND-Gatter (363) bewerkstelligt. Das UND-Gatter
(364) wird durch die Anweisung des Ausgangs T3 geöffnet, die Adresse wird von dem
Ausgang AD zugewiesen und das Ergebnis der NAND-Verarbeitung wird in der Adresse
gespeichert.
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Wie schon oben erwähnt wurde, wird die NAND-Verarbeitung in drei Schritten
vollzogen. Sämtliche logischen Operationen können durch NAND-Verarbeitung ausgeführt
werden. Die VerarbQeitung kann demzufolge durch sukzessive NAND-Operationen erfolgen.
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In dem Verarbeitungskontrollteil (27) sollte das Programm oder der
Ablauf für den Adressbefehl. und den Zeitbefehl gegeben sein, so dass die gewünschte
Verarbeitung ausgeführt werden kann.
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Das Programm für die praktische Verarbeitung kann gegeben werden,
wenn die gewünschte logische Prozedur gefunden ist. Demgemäss wird die Verarbeitungskontrolle
(27) durch ein programmiertes NUR-Lese-Gedächtnis (ROM) gebildet, welches das Programm
enthält. Das Signal zum Anstoßen der Verarbeitungskontrolle (27) wird von dem Kontrollzeitgeber
(24) abgegeben.
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Die NAND-Verarbeitung durch das NAND-Gatter kann auch durch eine NOR-Verarbeitung
durch ein NOR-Gatter durchgeführt werden. In dem letzteren Fall soll.te der Aufbau
der Verarbe.itungskontrolle (27) geändert werden. Es ist besser, entweder die NAND-Vcrarbei.-tung
oder die NOR-Verarbeitung zu verwenden, um für die gewünschte logische Verarbeitung
nur kleine Verarbeitungsschritte in der Verarbeitungskontrolle (27) zu haben.
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In dem beschriebenen Fall ist die Verarbeitung von zwei binären Daten
durch zwei bistabile Fiip-flops (latches) (361), (362) dargestellt. Es ist somit
mög].ich, die Verarbeitung von drei. oder mehr binären Daten durch drei oder mehr
bistabi].e latches durchzuführen. Es ist ebenso möglich, eine Vielzahl. von Verarbeitungsschritten
durch Verwendung von IJND-, ODER-, NICIlT-, NAND-, NOR-Gattern durchzuführen, die
je nach der Befehlsstruktur des Verarbeitungskontrollteils (27) zusammengeschaltet
werden. Bei der Sigfl'1 verarbeitung ist es natürlich möglich, nicht nur Gatter
zu verxçcnden, sondern auch verschiedene Typen von lip-flops oder konventionel.le
logische Schaltungen einzusetzen. In dem beschriebenen IaAl wurde nur der Adressbefehl
als die Anweisung an den Speicher (354) diskutiert. Es ist jedoch auch notwendig,
einen Lese-Schreib-Be felil abzugeben und den zeitlichen Verlauf durch einen Auslöseimpuls(stroup)
festzulegen.
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Die tieferen Probleme sind in der obigen Diskussion nicht berührt
worden, wie für jedermann, der sich in der Materie auskennt, sofort verständlich
ist.
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Figur 7 stellt eine Ausführungsform einer Kontrollschaltung für das
Einlesen und Auslesen von Signaldaten dar, wobei die Eingabe-/ Ausgabesignalverarbeitung
im Detail beschrieben wird. In Figur 7 bezeichnet die Bezugsziffer (261) einen NlTR-Lesespeicher
(ROM) zum Einlesen (262) bezeichnet eine Zählschaltung, (281) bezeichnet einen NUR-Lesespeicher
(ROM) zum Ausl.esen, (282) bezeichnet eine Zählschaltung, (43) bezeichnet ein UND-Gatter,
(511) bezeichnet ein ODER-Gatter, (512) bezeichnet ein Schieberegister und (513)
bezeichnet ein UND-Gatter.
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Nachfolgend wird die Wirkungsweise der Ausführungsform in Figur 7
beschrieben.
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Wenn von dem Kontrollzustandsgeber (25) die Anweisung für eine I/O-Periode
gegeben wird, sind die UND-Gatter (351), (356) in dem Gedächtnis (35) in geöffnetem
Zustand, wodurch die Eingangsstufe (4) mit dem Speicher (354) verbunden ist und
der Speicher (354) mit der Ausgangsstufe verbunden ist,und es wird ein Befehl an
die Einlesekontrolle (26) und die Auslesekontroll.e (28) gegeben, um diese Teile
zu aktivieren.
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Das Einlesen und Auslesen der Signaldaten wird in der gleichen Periode
wie die Ein- und Ausgabe vollzogen.
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Da das Einlesen und das Auslesen in demselben Speicher (354) geschehen,
ist es schwierig, sie zur sel.ben Zeit auszuführen. Es ist deshalb notwendig, die
Zeitdauer zu unterteilen und jeweils entweder das Einlesen oder das Auslesen zuzuordnen.
Dies kann leicht ausgeführt werden.
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Wie in Figur 2 dargestellt, wird - wenn sowohl. die elektrische Last
als auch der KontrolLschalter jedem Kanalintervall zugeordnet werden - das Auslesen
der Daten aus dem Speicher (354) nur dann vollzogen, wenn das Operations- oder Arbeitssignal,
das als Signal von dem zentralen Signalverarbeitungsgerät (1)gegeben ist, nur ein
Operationssignal für die elektrische Last ist.
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Dementsprechend wird ein Befehl an d.ie Auslesekontrolle (28) nur
dann abgegeben, wenn ein Operationssignal. ansteht. Die anderen Signale sind Signale,
die zu dem zentralen Signal.verarbeitungsgerät (1) zurückkommen, und zwar auf Anweisung
der Einlesekontrolle (26). Die Identifikation des Einlese- und des Auslesen zustandes
innerhalb der I/O-Periode kann - wie oben beschrieben -ausgeführt werden.
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Es werden die getrennten Einlese- und Ausleseoperationen beschrieben.
Beim Einlesen werden das Operationssignal und das Fehlersignal des Kontrollschalters
und das Fehlersignal von der elektrischen Last durch die Pufferschaltung (41) als
rückläufige Signale hindurchgegeben. Es ist nicht immer notwendig, alle Signale
zu verwenden, und es wird demzufolge nur das gewünschte Signal in den Speicher (354)
eingegeben.
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Wenn die Signale an das UND-Gatter und in die Eingangssignal-Verarbeitungsstufe
(42) gegeben werden, wird ein Begeh3. von dem NUR-Lese-Speicher (ROM) zum Einlesen
(261) gegeben, um das UND-Gatter (43) zu öffnen, falls es nötig ist die Signale
einzulesen Die Zählschaltung (262) für die Zuweisung des Speicherzustandes des Speichers
(354) kann ein bekannter Zähler sein mit einer nit-Zahl., wie sie für die Zuweisung
einer Adresse des Speichers (354) benötigt wird, wobei die Zähler sequentiell erhöht
werden, und zwar mit jedem Einlesebefehl.
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Dementsprechend wird das Daten-Bit zum Einl.esen durch das UND-Gatter
(43) geschickt und dann in der Adresse gespeichert, die von der Zählschaltung (262)
zugewiesen wurde. Dieser Vorgang wird sequentiell wiederholt.
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Im folgenden wird die Ausleseoperation beschrieben.
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Wie in Figur 6 beschrieben ist, werden die Operations- oder Arbeitssignale,
die den elektrischen Lasten zugeordnet sind, in dem Speicher (354) gespeichert,
um sie in einer geordneten Folge al.s Ausgangssignale durch logische Verarbeitung
unter Anweisung der Verarbeitungskontrolle (24) innerhalb der ARI-Periode auszugeben.
Der Auslesekontrollteil (28) wird durch die Anweisung, dass eine I/O-Periode vorliegt,
aktiviert. Der Auslesebefehl wird dann von dem NUR-Lese-Speicher (ROM) zum Ausl.esen
(281) gegeben, und zwar in der Periode zum Auslesen der Daten, und zwar als Operationssignale
für die elektrischen Lasten, wobei das Daten-Bit, das die Zählschaltung (282) anspricht,
um seinerseits die Adresse des Speichers (354) zuzuordnen, durch das UND-Gatter
(356) hindurch und auf den Ausgang des Gedächtnisses geht. Das Daten-Bit wird gleichzeitig
durch ein ODER-Gatter (511) in der Ausgangssignalverarbeitungsstufe (51) hindurchgeschickt,
um es in das Schieberegister (512) zu füttern, das als Pufferspeicher dient.
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Die Zählschaltung (282) wird in der nächsten Ausleseperiode um 1 erhöht,
wobei die nächste Adresse in dem Speicher (354) angesprochen wird, das Daten-Bit
ausgelesen wird und in das Schieberegister (512) eingegeben wird. Dieser Vorgang
wird sequentiell.
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wiederholt. Das Schieberegister (512) umfasst als Pufferspeicher eine
Bit-Zahl, die der Zahl der auszulesenden Daten entspricht.
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Wie schon oben festgestellt, werden die Daten, die in der letzten
I/O-Periode in dem Schieberegister (512) gespeichert wurden, in sequentieller. Folge
ausgegeben, und zwar vom ersten Bit, das durch die Pufferschaltung (52) hindurchgeht
bis zum ersten Bit des Schieberegisters (512), und zwar je ein Bit für jedes neue
Datum, das aus dem Gedächtnis (354) ausgelesen wird.
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Während der ARI-Periode werden die Daten nicht aus dem Speicher (354)
ausgegeben, wobei die Daten, die in dem Schieberegister (512).gespeichert sind,
durch die Pufferschaltung (52) auf die Multiplex-Signalübert'ragungsieitung (6)
ausgegeben werden, und zwar mittels eines Zeitsignalbefehis des NlTR-Lese-Speichers
zum Auslesen (Auslese-ROM) (281). Gleichzeitig wird das llD4D-Gatter (513) geöffnet
und dementsprechend werden die Daten, die von dem Shift-Register (512) ausgegeben
werden, wieder an dessen Eingang gelegt und noch einmal in dem Schieberegister (512)
gespeichert. Wenn von dem Speicher (354) neue Daten in das Schieberegister (512)
während der I/O-Periode eingegeben werden, werden die schon gespeicherten Daten
sequentiell über die Multiplex-Signalübertragungsleitung (6) ausgegeben. Auf diese
Weise werden die verarbeiteten Daten £ür zwei aufeinander folgende Rahmen wiederholt
ausgegeben.
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Wenn die ARI-Periode der Figur 5C sich über zwei Rahmen erstreckt,
werden die Daten'ein zweites Mal durch das UND-Gatter (513) hindurchgeschickt. Auf
diese Weise werden die verarbeiteten Daten wiederholt, und zwar drei mal hintereinander,
ausgegeben.
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Durch die obige Ausführung wird sofort verständlich, dass das Schieberegister
(512) die Funktion der Ausgangssignalübertragung innerhalb des Rahmens, dem die
ARI-Periode zugeordnet ist, hat.
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In der Ausführungsform der Figur 7 werden die Zählschaltungen (262),
(282) zur Adresszuweisung an den Speicher (354) verwendet, wobei die Signaldaten
sequentiell in gewünschter Folge während cies Einlese- bzs. Auslesevorgangs ein-
bzw. ausgegeben werden.
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Wenn die Adresse des Speichers (354) in frei wählbarem Zugriff angewählt
wird, ist es möglich, anstelle der Zählschaltungen (262) und (282) einen NllR-Lese-Speicher
(ROM) zu verwenden. Das B.inise-ROM (261) leitet den Einlesevorgang ein, und auf
der anderen Seite leitet das Auslese-ROM (281) den Auslesevorgang ein. Dementsprechend
ist es möglich, zwei gewöhnliche ROM zu verwenden.
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Im folgenden wird die Ausführungsform der Figur 8 dargestellt.
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In der Ausführungsform der Figur 4 sind die Verarbeitungsperiode und
die Signaleingabe/Ausgabeperiode jeweils in eine Rahmeneinheit des Multiplex-Signals
unterteilt.
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Wenn die Verarbeitung der Figur 5 innerhalb eines Rahmens abgschlossen
ist, sind die Verarbeitungsperiode und die Eingabe/ Ausgabeperiode abwechselnd angeordnet,
so wie in Figur 5B dargestellt. Wenn sich die Signalverarbeitung während der Dauer
zweier Rahmen vollzieht, erstreckt sich die Verarbeitungspcriode über zwei Rahmen,
so wie in Figur SC dargestellt. Das Ergebnis kann jedoch in der schon oben beschriebenen
Weise erst dann als Ausgangssignal übertragen werden, wenn der Rahmen beendet ist
und die nächste Eingabe-/Ausgabeperiode beginnt, obwohl die Verarbeitung -chon innerhalb
eines Rahmens abgeschlossen ist. Dadurch wird die Übertragungszeit verzögert und
ein Zeitverlust verursacht.
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Darüber hinaus wird das Ausgangssignal sogar in der Verarbeitungsperiode
übertragen, wodurch es notwendig wird, das Schieberegister (512) als Pufferspeicher
wegzulassen. Das erste Rahmensignal wird jedoch bei der Demodulation des Zeitmultiplex-Signals
in den Verarbeitungsgeräten am Übertragungsende (Peripheriegeräte) solange gehalten,
bis der zweite Rahmen nach Demodulation des ersten Rahmens empfangen wird. Es soll
also die Tatsache unterstrichen werden, dass sich das Signal während der Periode
des Synchronisationssignals (120) nicht ändert. Durch Ausnutzung der Tatsache, dass
die Verarbeitungsperiode gleich der Periode des Synchronisationssignales (120) ist,
eriielt man eine höhere Effiziens bei der Signalübertragung.
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Die Ausführungsform, die auf diesen Oberlegungen beruht-, ist in Figur
8 dargestellt, wobei die Bezugsziffer (514) ein UND-Gatter bezeichnet.
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Die Wirkungsweise der Aus führungs form in Figur 8 wird nachfolgend
erläutert.
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Der Unterschied der Ausffthrungsform in Figur 8 zu anderen Ausführungsformen
besteht darin, dass der Kontrollzustandsgeber (25) und das Schieberegister (512)
nicht verwendet werden.
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Das Synchronisationssignal (120), welches vom Synchronisationssignalgeber
(23) erzeugt wird, stellt den Kontrollzustand für die Zuweisung der Verarbeitungsperiode
und die Signaleingabe/Ausgabeperiode dar. Als Mittel zur Erzeugung des Synchronisationss:ignals
(120), dh. des Kontrollzustandes, werden die Taktsignale (123) des Taktsignalgebers
(22) innerhalb der I/O-Periode in dem Synchronisationssignalgeber (23) abgezählt.
Wenn die Vollendung einer Periode des E.ingabe-/Ausgabesignals festgestellt wird,
wird das Synchronisationssignal (120) sofort erzeugt, womit die Verarbeitungsperiode
eingeleitet und der Verarbeitungskontrollteil (27) eingestoßen wird, um die gewünschte
Signal verarbeitung auszuführen. Während der gesamten Verarbeitungsdauer steht das
Synchronisationssignal (120) kontinuierlich an. Wenn die Verarbeitung beendet ist,
wird diese Tatsache durch den Verarbeitungskontrollteil (27) festgestellt, und gleichzeitig
wird das Synchronisationssignal (120) des Synchronisationsgebers (23) zunckgenommen.
Anschliessend wird die I/O-Periode eingeleitet, um die Signaleingabe/Ausgabe durchzuführen.
Es wird das Auslesen des Signals dargestellt.
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In der Ausführungsform der Figur 7 ist es notwendig, den Teil zur
Verarbeitung der Ausgangssignaie (51) mit dem Schieberegister (512) auszurüsten,
um einen Rahmen des Ausgangssignals abzuspeichern. In der Ausführungsform der Figur
8 jedoch wird das Ausgangssignal direkt von dem Speicher (354) auf die Multiplex-lil)crtragungsleitung
(6) mittels der I/O-Perlodenzuweisung ausgcgel)en.
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D.h., dass das UND-Gatter (356) durch die I/O-Periodenanwe; sung geöffnet
wird, und dass ausserdem die Auslesekontrolle (28) bctätigt wird, Der Auslesekontrollteil
(28) wählt während der Signalausleseperiode die Adresse des Speichers (354) an und
bewirkt ausserdem, dass das UND-Gatter (514) geöffnet wird. Das Signal des
Speichers
(354) wird durch die UND-Gatter (356), (514) hindurchgeschickt und der Spannungspegel
des Signals wird in der Pufferschaltung (52) umgesetzt, und das umgesetzte Signal
wird dann auf die Multiplex-Signalübertragungsleitung (6) ausgegeben.
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Figur 9 stel.lt den Kontrol.lzustand des Synchronisationssignal.s
(120) der Ausführungsform von Figur 8 dar.
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Figur 9A zeigt den Kontrollzustand der Figur 4, wobei die I/O-Periode
und die ARI-Periode innerhalb jeden Rahmens wiederholt werden.
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Figur 9B zeigt einen Kontrollzustand, in dem die Sgnalvcrarbeitung
innerhalb eines Rahmens ausgeführt wird.
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Figur 9C zeigt einen Kontrollzustand, in dem die Sgnalverar.bcitung
innerhalb einer recht kurzen Periode abgeschlossen ist und die Signaleingabe/Ausgabe
unmittel.bar nach der Signa3verarbej.-tung vollzogen wird, um so eine hohe Signalübertragungsrate
zu erzielen, und Figur 9D zeigt einen Kontrollzustand, in dem die Signalverarbeitung
länger als eine Rahmenperiode dauert. Sogar in diesem letzten Fall ist es möglich,
dass die I/O-Periode zur Eingabe/Ausgabe des Signals sofort nach Abschluss der Verarbeitungsperiode
beginnt, ohne dass ein Warten auf die Vollendung des zweiten Rahmens notwendig wäre.
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Wie schon oben festgestellt wurde, werden die Multipiex-Signale innerhalb
der logischen Verarbeitungsperiode nicht als Synchronisationssignal.e übertragen,
wodurch die Signalübertragung mit hoher Durchsatzrate stattfinden kann und das Schieberegister
(512) als Pufferspeicher in dem Teil. zur Verarbeitung der Ausgangssignale (51)
weggelassen werden kann.
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Bei der obigen Aussage ist nur ein Kontrollschalter als Signalquelle
verwendet worden, es kommt jedoch auch ein Analogsignal als Signalquelle in Frage.
Wenn ein Analogsignal verwendet wird,
wird das Analogsignal zunächst
durch einen konventionellen Anal.ogzunDigitalwandler in das entsprechende digitale
Signal umgesetzt, wodurch es in gleicher Weise wie dasjenige des Controllschalters
verarbeitet werden kann. Eine Ausführungsform des Analogzu-Digitalwandlers umfasst
einen Schwinkreis zur Erzeugung eines Osziliationssignals von gewiinschter konstanter
Frequenz, sowie einen monostabilen Multivibrator, der durch den Ausgang des Schwingkreises
angestoßen und die Impulsbreite des Ausgangsimpulses des monostabilen Multivibrators
durch das Analogsignal gesteuert wird.
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Der Speicher (354) ,der Einlesekontrol Iteil. (26),der Verarbeitungskontrollteil
(27) und zers Aus der Auslesekontrollteil (28) können nicht nur aus einem EIalbleiterspeicher,
sondern auch aus einem Kernspeicher, einem Drahtspeicher oder anderen Speichern
gefertigt werden.
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In den Ausführungsformen sind die Signal.einleseperiode und Ausleseperiode
(I/O-Periode) jeweils die gleiche, es ist jedoch möglich, die I/O-Periode in eine
Einleseperiode und eine Ausleseperiode zu trennen.
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In dem letzten Fall sind drei Kontrollzustände vorgegeben, wobei der
Einlesekontrollteil (26),der Verarbeitungskontrollteil (27) und der Auslesekontrollteil
(2.8) jeweils getrennt betrieben werden.
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In der obigen Ausführungsform wird das Einlesesignal für das Gedächtnis
(35) durch den Einlesekontrollteil (26) ausgewählt.
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Obwohl alle Signale von den Signalverarbeitungsgeräten am Ende er
Übertragungsleitung (Peripheriegeräte) zurückgegeben werden, werden nur die benötigten
Signale zum Einl.esen ausgewählt. Die anderen Signale brauchen nicht zurückgegeben
zu werden.
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Um eine Funktionsprüfung in dem Kontrollgerät zu schaffen, ist es
möglich, nur den Aufbau des Einlesekontrollteils innerhalb desselben Aufbaues des
zentralen Verarbeitungsgeräts (1) zu ändern, um auf diese Weise nur die Fehlersignale
zu lesen.