DE3711216A1 - Verfahren und einrichtung fuer eine verbesserte schnittstelleneinheit zwischen analogen eingangssignalen und einem signalbus - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Schnittstellen- Einrichtungen, die dazu dienen, analoge Eingangssignale zu überwachen und digitalisierte Signale, die einen ausgewählten Teil der analogen Eingangssignale darstellen, an einen digita­ len Systembus anzulegen. Insbesondere bezieht sich die Erfin­ dung auf eine Einrichtung und auf ein Verfahren zum Schaffen eines flexibleren Betriebes für die Schnittstelleneinrich­ tung, die analoge Eingangssignale an einen Bus eines digitalen Systems anlegt.

Schnittstelleneinheiten, wie z. 8. die in Fig. 3 gezeigte, die analoge Eingangssignale 2 verarbeiten und eine digi­ talisierte Version 4 von ausgewählten Teilen der anlogen Eingangssignale an einen digitalen Systembus anle­ gen, sind bekannt. Die Schnittstelleneinheit 10 kann eine Vielzahl von Tastspeicherschaltungen enthalten, deren Auf­ gabe darin besteht, die analogen Eingangssignale 2 zu über­ wachen und zu steuerbaren Zeiten den Wert der dann vor­ handenen Signale zu speichern. Eine Multiplexereinheit 12 kann unter der Steuerung eines Adressensignals 6 eines der Ausgangssignale von den Tastspeicherschaltungen 11 auswählen.

Das Signal von der ausgewählten Tastspeicherschaltung wird an einen Analog/Digital-Wandler 13 angelegt. Das Ausgangssignal aus dem Analog/Digital-Wandler wird dann an den Systembus angeschlossen, und zwar in Abhängigkeit von einem oder mehreren Signalen aus der Datenverarbeitungseinheit 5 , die typischerweise ein Mi­ kroprozessor ist, über die Leitung 15. Die Signale auf den Systembus 3 können in einer Speicherein­ heit 8 gespeichert oder direkt an die Datenverarbeitungs­ einheit 5 angelegt werden. In jedem Falle kann die Da­ tenverarbeitungseinheit 5 die konvertierten digitalen Signale gemäß einem die Datenverarbeitungseinheit 5 steuernden Programm verarbeiten.

Bei dem bekannten, in Fig. 3 gezeigten System werden die zur Steuerung des Betriebes der Einheiten 11, 12 und 13 benötigten Steuersignale von einer Steuerlogik 14 er­ zeugt, die typischerweise folgendes umfaßt: Ein Signal, um die Tast-Speicher-Schaltungen 11 zur richtigen Zeit und für die richtige Dauer in den Tast-Speicher-Zustand zu bringen; Adressensignale zum Auswählen eines bestimm­ ten Kanales des Multiplexers 12; ein Signal für den Ana­ log/Digital-Wandler 13 jedesmal dann, wenn ein neuer Abfragewert zu digitalisieren ist; und ein Signal für den Prozessor 5, um die Ausgangssignale des Analog/Digi­ tal-Wandlers 13 an den Systembus 3 anzu­ schließen.

Um die in Fig. 3 gezeigten Steuersignale zu erhalten, sind im Stande der Technik zwei Wege eingeschlagen worden, die beide eine elektronische Hardware oder elektronische Bausteine zur Erzeugung der notwendigen Steuersignale benutzen.

Die Fig. 4A zeigt den Betrieb einer Schnittstelle unter synchroner Hardware-Steuerung. Ein der Schnittstellen­ einheit zugeordneter Zeit-Geber aktiviert eine Viel­ zahl von Zähler/Taktgeber-Schaltungen in der Einheit 22. Die Zähler/Taktgeber-Einheit 22 schafft ein Muster von Ausgangssignalen,die an eine Decodiereinheit 23 anlegbar sind. Die Decodiereinheit verarbeitet das Muster von Sig­ nalen aus der Zähler/Taktgeber-Einheit 22 und schafft die passenden Steuersignale zur Steuerung der Schnittstel­ leneinheit in vorbestimmter Weise.

Die Fig. 4B zeigt eine ähnliche bekannte Schaltung zum Schaffen der Steuersignale in einer asynchronen Umgebung. Die asynchrone Zeitschaltung 24 , die typischerweise aus wahlfreien (Random) Logik-Schaltungen wie monosta­ bilen Multivibratoren oder ähnlichen logischen Bau­ teilen besteht, legt Signale an die Decodier-Einheit 25 an. Die Decodier-Einheit 25 hat die passenden logischen Bauteile zum Schaffen der Steuersignale für die Steuerung der Funktionen der anderen Bauteile der nicht darge­ stellten Schnittstelleneinheit.

Sowohl bei der synchronen als auch bei der asynchronen Konfiguration , die vorstehend geschildert worden sind, weist die die Steuersignale schaffende Einrichtung in­ nerhalb der Schnittstelleneinheit angeordnete elek­ tronische Hardware auf, und wenn die Schaltungskonfi­ guration einmal eingerichtet worden ist, sind die Steuer­ signale fixiert und können nicht mehr leicht geändert werden.

Es bestand daher ein dringendes Bedürfnis für eine Schnittstelle zwischen analogen Eingangssignalen und einem Systembus einer digitalen Datenverarbeitungs­ einheit, die fähig ist, auf Steuersignale aus der Da­ tenverarbeitungseinheit anzusprechen, wobei die Steuer­ signale die Betriebsbedingungen für die Schnittstellen­ einheit herbeiführen.

Demgemäß besteht ein Ziel der Erfindung darin, eine ver­ besserte Schnittstelleneinheit zwischen analogen Ein­ gangssignalen und einem digitalen Systembus zu schaffen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Schnittstelleneinheit zu schaffen, für welche der Betrieb durch Signale aus der Datenverarbeitungseinheit ge­ steuert werden kann.

Diese und weitere Ziele werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch erreicht, daß eine Schnittstelleneinheit zum Einsatz zwischen analogen Ein­ gangssignalen und einem digitalen Bus ge­ schaffen wird, die Digitalisierungseinrichtungen zum Di­ gitalisieren eines ausgewählten analogen Eingangs­ signals, Steuereinrichtungen zum Steuern der Digita­ lisierungseinrichtungen und Übertragungseinrichtungen zum Übertragen von Signalen aus dem digitalen Bus zu den Steuereinrichtungen aufweist, wobei die über­ tragenen Signale einen Zustand der Steuerein­ richtungen herbeiführen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel im Vergleich zum Stande der Technik noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1A und 1B zusammen in Anordnung nebeneinander ein detailiertes Blockschaltbild eines die erfindungsgemäße Schnittstelleneinheit aufweisenden Datenerfassungssystems,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Aus­ führungsform der erfindungsgemäßen Schnitt­ stelleneinheit,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Schnittstellenein­ heit gemäß dem Stande der Technik, und

Fig. 4A und 4B bekannte Schnittstellen-Steuerschaltkreise.

Die Fig. 1A und 1B geben zusammen ein detailiertes Block­ schaltbild eines Datenerfassungssystems wieder, das mit einer erfindungsgemäßen Schnittstelleneinheit ausgerüstet ist. Das Datenerfassungssystem ist mit einem Abtast/Digi­ talisierungs-Teil 10 versehen, der Tastspeicherverstärker 11, Multiplexer 12, A/D-Wandler 13 und Eingangssteuer­ register 14 aufweist.

Die Interface- oder Schnittstelleneinheit ist des wei­ teren mit einem Schnittstellenprozessor 160 versehen, der zwischen den Schnittstellendatenbus 130 und den Schnitt­ stellenadressenbus 153 geschaltet ist. Ein Programm-PROM 152 speichert Programme und/oder Daten zur Steuerung des Betriebes des Schnittstellenprozessors 160.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schnitt­ stellenprozessor 160 ein Digitalsignalprozessor TMS320 von Texas Instruments, Inc., der im Handel erhältlich ist. Der Schnittstellenprozessor 160 stellt die Intelligenz für die Schnittstelleneinheit bereit und ist dahingehend programmierbar, daß flexible Betriebsweisen geboten und verschiedene digitale Signalverarbeitungsfunktionen durch­ geführt werden. Er arbeitet so ausreichend schnell, daß er fähig ist, direkt die Datenerfassungsoperationen des Abtast/Digitalisierungs-Teiles 10 zu steuern sowie an­ dere Steueroperationen der Schnittstelleneinheit durch­ zuführen.

Gemäß Fig. 1A ist die Schnittstelleneinheit auch mit einem Daten-RAM 136 für die zeitweilige Speicherung von Daten und Befehlen ausgerüstet. Der Daten-RAM 136 ist ein RAM mit zwei Kanälen oder Zugriffen, zu dem sowohl der Schnitt­ stellenprozessor 160 als auch der Host- oder Hauptprozes­ sor 100 Zugriff hat. Der Daten-RAM 136 ist über die Sende/ Empfangs-Einheit 146 und den RAM-Datenbus 138 an den Schnittstellen-Datenbus 130 angeschlossen. Des weiteren ist er mit dem Bus 110 des Hauptsystems über den Daten- Latch oder die Datenhalteeinrichtung 140, den lokalen Datenbus 150, die Sende/Empfangs-Einheit 118 für den Hauptdatenbus und den Datenbus 115 verbunden.

Eine RAM-Steuerlogik 122 steuert die Entscheidung zwischen dem Schnittstellenprozessor 160 und dem Systembus 110 hin­ sichtlich des Zugriffs zum Daten-RAM 136. Der Schnitt­ stellenprozessor 160 hat stets vorrangigen Zugriff.

Der Hauptgenerator 128 für RAM-Adressen und der Schnitt­ stellenprozessor-Generator für RAM-Adressen sprechen auf die RAM-Steuerlogik 122 an, um passende RAM-Adressen auf dem Bus 134 für die RAM-Adressen zu erzeugen.

Der Decoder oder Entschlüssler 116 für die Haupt(host)-Adressen und die Adressenmodifizierung , die Unterbrecherlogik 117 und die Steuerlogik 120 schaffen verschiedene Adres­ sier- und Steuerfunktionen für das Hauptsystem bezüglich der Schnittstelleneinheit.

Der Hauptprozessor 100 ist über das Bussegment 102 an den Systembus 110 angeschlossen. Der Hauptprozessor 100 kann irgendein passender Prozessor sein. Der dem Hauptsystem zugrundeliegende Speicher 101 ist über das Bussegment 103 mit dem Systembus verbunden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Systembus 110 ein dem VME-Busstan­ dard entsprechender Bus.

In vielen Steuerlogikschaltungen der vorliegenden Erfin­ dung, wie z.B. dem Hauptadressen- und Adressenmodifika­ tions-Decoder 116, der Unterbrecherlogik 117, der Steuer­ logik 120, dem Haupt-RAM-Adressengenerator 128, dem Schnittstellen-RAM-Adressengenerator 132 und der RAM-Steuer logik 122 werden feldprogrammierbare Logikfelder (FPLA′s), insbesondere programmierbare Feldlogik (PAL)-Einrichtungen von Monolithic Memories, Inc., die im Handel erhältlich sind, verwendet.

Im Betrieb greift die in den Fig.1A und 1B gezeigte Schnittstelleneinheit Analogdaten mit Abtast-Raten auf, die durch den Schnittstellenprozessor 160 oder durch eine externe Triggerquelle 162 bestimmt sind. Der Schnittstel­ lenprozessor 160 kann die Daten in Echtzeit verarbeiten und diese für den Zugriff durch den Hauptprozessor 100 über den Systembus 110 im Daten-RAM 136 abspeichern. Dem­ zufolge können Analogsignale kontinuierlich mit festen Raten unabhängig von asynchronen Vorgängen im Haupt­ system wie der dynamischen RAM-Auffrischung und der Durch­ führung anderer Aufgaben,abgetastet werden.

Die Fig. 2 zeigt eine Einrichtung zur Schaffung einer flexiblen Schnittstelleneinheit 10 in einem grundsätz­ licheren Schaltbild. Die Tastspeicherschaltungen 11, die Multiplexer Einheit 12 und der Analog/Digital-Wandler 13 haben die gleichen Funktionen wie oben beschrieben.

Die Datenverarbeitungseinheit 5, die Speichereinheit 8 und der Systembus 3 können irgendwelche geeigneten Bau­ teile des Systems sein. Bei der in den Fig. 1A und 1B wie­ dergegebenen Ausführungsform der Erfindung wird die Da­ tenverarbeitungsfunktion von dem Schnittstellenprozessor 160 durchgeführt. Die Speicherfunktion erfüllt der Pro­ gramm-PROM 152. Und die von dem Systembus durchgeführten Funktionen werden von entsprechenden Teilen der Schnitt­ stelleneinheit , wie dem Schnittstellen-Datenbus 130, be­ wirkt. Es sei jedoch bemerkt, daß die Datenverarbeitungs­ einheit 5 irgendein Prozessor im Gesamtsystem sein könnte.

Gemäß Fig. 2 ist das Steuerregister 14 über den Steuerbus 50 an den Systembus 3 angeschlossen, und es ist auch mit der Leitung 51 verbunden, die von der Datenverarbeitungs­ einheit 5 ein Schreib/Abtastsignal empfängt.

Das über die Leitung 51 an das Steuerregister 14 gelan­ gende Schreib/Abtastsignal bewirkt, daß die Signale auf dem Steuerbus 50 in das Steuerregister 14 eingegeben wer­ den.

Als Antwort auf die darin gespeicherten Signale erzeugt das Steuerregister 14 Ausgangssteuersignale auf Steuer­ leitungen 53, 55 und 57, die den Betrieb der der Daten­ abtastung und -umwandlung dienenden Teile 1-13 der Schnittstelleneinheit 10 steuern.

Arbeitsweise der bevorzugten Ausführungsform

Mit Bezug auf Fig. 2 erzeugt das Steuerregister 14 Steuer­ signale , die die Schnittstelleneinheit 10 steuern, um z.B. zu bestimmen, welches analoge Eingangssignal überwacht wird, die Zeitdauer für die Überwachung des analogen Ein­ gangssignals festzulegen und zu bestimmen, wann der Ana­ log/Digital-Wandler 13 die analogen Eingangssignale ver­ arbeitet.

Die verschiedenen Steuersignale werden von passenden Schaltungen erzeugt, die von einem Fachmann leicht ent­ worfen werden können.

Die Verwendung von Signalen, die von der Datenverarbei­ tungseinheit erzeugt werden, wobei diese Signale typischer­ weise in Abhängigkeit von passenden Software-Befehlen in der Datenverarbeitungseinheit gebildet werden, hat bedeu­ tende Vorteile.

Ein bedeutender Vorteil ist die Verminderung von logischer Hardware in der Schnittstelleneinheit, was zu einem kleineren Gerät und geringeren Kosten führt. Ein weiterer Vorteil ist eine bedeutende Verbesserung der Flexibilität des Betriebes der Schnittstelleneinheit, da deren Arbeits­ weise jederzeit durch Ändern des gespeicherten Rechner­ programms leicht modifiziert werden kann.

Für den Fachmann ist es offensichtlich, daß das geschilder­ te Verfahren und die geschilderte Einrichtung für eine ver­ besserte Schnittstelleneinheit zwischen analogen Ein­ gangssignalen und einem digitalen Systembus in vielerlei Hinsicht abgeändert werden und zu vielen Ausführungsfor­ men führen können, die sich von der oben geschilderten bevorzugten Ausführungsform unterscheiden.

Claims (5)

1. Schnittstelleneinheit zum Einsatz zwischen analogen Eingangssignalen und einem digitalen Bus, gekenn­ zeichnet durch
eine Digitalisierungseinrichtung zum Digitalisieren eines ausgewählten analogen Eingangssignals,
eine Steuereinrichtung zum Steuern der Digitali­ sierungseinrichtung, und
eine Überführungseinrichtung zum Überführen von Signa­ len vom digitalen Bus zu der Steuereinrichtung, wo­ bei die übertragenen Signale einen Zustand der Steuer­ einrichtung herbeiführen.

2. Schnittstelleneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überführungseinrichtung ein Register aufweist.

3. Schnittstelleneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Digitalisierungseinrichtung eine Tastspeicherschaltung, eine Multiplexer-Einrich­ tung und einen Analog/Digital-Wandler aufweist.

4. Verfahren zum Schaffen einer Schnittstelleneinheit zum Einsatz zwischen analogen Einsatzsignalen und einem digitalen Bus gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Einheit eine Datenverar­ beitungseinheit angeschlossen wird, die analogen Ein­ gangssignale digitalisiert werden, die digitalisier­ ten Signale zum digitalen Bus übertragen werden und der Digitalisierungsschritt sowie der Übertragungs­ schritt mit Hilfe von Steuerinformationen gesteuert werden, die von der Datenverarbeitungseinheit gelie­ fert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuerinformation von der Daten­ verarbeitungseinheit auf mindestens einen Computer­ programmbefehl hin erzeugt wird.