SU1298734A1 - Устройство дл ввода информации от аналоговых датчиков - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области автоматики и вычислительной техники и може быть использовано дл  ввода аналоговой информации от датчиков, сигналы которых имеют существенные отличи  в амплитудных и частотных характеристиках. Цель изобретени  - повьппение точности обработки вводи- : мой информации за счет программно-; управл емого сопр жени  динамических диапазонов входных сигналов с диапазоном устройства. Устройство содержит мультиплексор, блок масштабировани , аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок буферной пам ти , регистр, генератор, управл емый делитель частоты, элемент задержки, блок микропрограммного управлени , дешифратор и блок оперативной пам ти . Мультиплексор подключает к блоку масштабировани  аналоговый датчик , выбранный дл  опроса. Блок масштабировани  выполн ет согласование динамического диапазона датчика и АЦП. Информаци  о номере опрашиваемого канала, частоте дискретизаци и АЦП и динамическом .диапазоне датчика данного канала содержитс  в блоке оперативной пам ти. Извлечением этой информации из блока оперативной пам ти и загрузкой ее в регистры устройства управл ет блок микропрограммного управлени . Нормированный аналоговый, сигнал поступает на АЦП к после оцифровки записьшает- с .в блок буферной пам ти. 2 з.п. ф-лы, 6 ил. И futf

Description

1

Изобретение относитс  к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано дл  ввода аналоговой информации от датчиков , сигналы которых имеют существенные отличи  в амплитудных и частотных характеристиках.

зовано посто нное запоминающее устройство (ПЗУ). Тогда операци  начал ной загрузки отсутствует. Константы в блоке 11 определ ют пор док опрос каналов, частоту дискретизации АЦП в каждом канале и режим работы БМ 8 дл  каждого канала. Пор док работы устройства определ етс  программой работы БМПУ 12,

Цикл сбора информации начинаетс с чтени  блоком 12 по ШД 14 конста ты из блока 11, При этом предварительно из блока 12 на шину адреса выставл етс  адрес очередной конст ты, а по шине управлени  на вход чтени  блока 11 поступает импульс

to

15

Цель изобретени  - повьшение точности обработки вводимой информации за счет программно-управл емого сопр жени  динамических диапазонов входных сигналов с диапазоном устройства,

На фиг, 1 показана структурна  схема устройства; на фиг, 2 - конструкци  управл емого делител  частоты; на фиг, 3 - конструкц|1  блока нормировки; на фиг, 4 - пример реализации усилител  блока нормировки; на фиг. 5 - возможный вариант конструкции блока буферной пам ти; на фиг. 6 - временные диаграммы, по сн ющие работу устройства.

Устройство содержит аналоговые датчики 1, мультиплексор 2, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3, блок 4 буферной пам ти, генератор 5, дешифратор 6, элемент 7 задержки,

блок в масштабировани  (БМ), управл -30 как все названные регистры будут - емый делитель 9 частоты (УДЧ), ре- загружены. Константа, записанна  в 10-(регистр номера канала РНК),

20

чтени , после чего блок 12 загружа ет эту константу в регистр одного из трех блоков: БМ 8, УДЧ 9, РНК 10 Дл  этого на ШД 14 выставл етс  кон станта (в простейшем случае - та же что считана из блока 11, но не исключаетс  и преобразование в БМПУ

12)

а на шину адреса - адрес блока

Дешифратор 6 дешифрирует адрес и выд ет импульс записи на соответств то- щий регистр 10, 16, 23, 2t, Цикл, начинающийс  чтением константы из блока 11, заканчиваетс  после того

40

гистр

блок 11 оперативной пам ти, блок 12 микропрограммного управлени  (БМПУ), шину 13 управлени  (ЯУ), шину 14 данных (ШД), шину 15 адреса (ША).

Делитель частоты (фиг, 2) содержит регистр 16 (регистр кода частоты РКЧ), счетчик 17, формирователь 18, элемент ИЛИ 19. Блок нормировки содержит (фиг. 3) усилитель 20, регистр 21 смещени  (PC), цифроаналого- вый преобразователь (ЦМО 22, регистр 23 масштаба (РМ).

Блок буферной пам ти (фиг, 5) со- 45 держит блок 24 регистров общего назначени  (БРОН) счетчик 25 адреса записи, компаратор 26, счетчик 27 адреса чтени , первый 28 и второй 29 элементы задержки, Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы по ШД 14 и ША 15 под управлением сигнала, поступающего на вход записи блока 11 по ШУ 13, происходит загрузка блока 11 от центрального процессора (внешнего по отношению к данному устройсту), В качестве блока 11 может быть использагружены ,

РНК 10, однозначно определ ет номер подключенного канала, в РМ 23 и PC 21 - динамический диапазон сигн 35 ла на входе БМ В (амплитуда и смещ ние относительно нул ) дл  поддержани  заданного динамического диап зона сигнала на входе АЦП 3, в РКЧ 16 - интервал между предыдущим и последующим импульсом запуска АЦП Если частота дискретизации сигнало всех датчиков 1 одинакова, то загр зить РКЧ 16 следует всего один раз перед началом работы. То же относи с  к РНК 10 и регистрам РМ 23 и PC 21, если соответственно опрашиваетс  лишь один датчик и динамиче кий диапазон сигналов всех датчико подключаемых мультиплексором,2,оди наков.

50

Константа, записанна  в РКЧ 16 (фиг, 2), переписываетс  в счетчик

17импульсом от дешифратора 6 или импульсом с выхода формировател  1 при достижении содержимым счетчика 17 нулевого значени . Импульс перезаписи с выхода формировател 

18одновременно подаетс  на запуск

2987342

зовано посто нное запоминающее устройство (ПЗУ). Тогда операци  начальной загрузки отсутствует. Константы в блоке 11 определ ют пор док опроса каналов, частоту дискретизации АЦП 3 в каждом канале и режим работы БМ 8 дл  каждого канала. Пор док работы устройства определ етс  программой работы БМПУ 12,

Цикл сбора информации начинаетс  с чтени  блоком 12 по ШД 14 константы из блока 11, При этом предварительно из блока 12 на шину адреса выставл етс  адрес очередной константы , а по шине управлени  на вход чтени  блока 11 поступает импульс

to

15

чтени , после чего блок 12 загружает эту константу в регистр одного из трех блоков: БМ 8, УДЧ 9, РНК 10, Дл  этого на ШД 14 выставл етс  константа (в простейшем случае - та же, что считана из блока 11, но не исключаетс  и преобразование в БМПУ

как все названные регистры будут - загружены. Константа, записанна  в

12)

а на шину адреса - адрес блока.

Дешифратор 6 дешифрирует адрес и выдает импульс записи на соответств то- щий регистр 10, 16, 23, 2t, Цикл, начинающийс  чтением константы из блока 11, заканчиваетс  после того.

как все названные регистры будут - загружены. Константа, записанна  в

загружены,

РНК 10, однозначно определ ет номер подключенного канала, в РМ 23 и PC 21 - динамический диапазон сигна- ла на входе БМ В (амплитуда и смещение относительно нул ) дл  поддержани  заданного динамического диапазона сигнала на входе АЦП 3, в РКЧ 16 - интервал между предыдущим и последующим импульсом запуска АЦП 3. Если частота дискретизации сигналов всех датчиков 1 одинакова, то загрузить РКЧ 16 следует всего один раз перед началом работы. То же относитс  к РНК 10 и регистрам РМ 23 и PC 21, если соответственно опрашиваетс  лишь один датчик и динамический диапазон сигналов всех датчиков подключаемых мультиплексором,2,одинаков .

Константа, записанна  в РКЧ 16 (фиг, 2), переписываетс  в счетчик

17импульсом от дешифратора 6 или импульсом с выхода формировател  18 при достижении содержимым счетчика 17 нулевого значени . Импульс перезаписи с выхода формировател 

18одновременно подаетс  на запуск

31

АЦП 3. Записанна  из РКЧ 16 константа определ ет длительность очередного интервала до запуска АЦП 3 с дискретом , равным периоду тактовых импульсов генератора 5 -Т ,

Дл  по снени  работы УДЧ 9 рассмотрим случай, когда требуема  частота дискретизации сигналов, пос- тупаюпшх по первому каналу, равна f, по .второму каналу - 2f д, а по третьему - . Эпюры импульсов дискретизации сигналов первого, второго и третьего каналов дл  этого случа  представлены как соответственно ИД 1, ИД 2 и ИД 3, эпюра импуль сов на выходе УДЧ 9,полученна  путем суммировани  эпюр ИД 1, ИД 2 и ИД 3 - как ИД (фиг, 6). На основании эпюр можно определить последовательность чисел, которую периодически следует записывать в регистры 16 и 10. Это 1 и 1 (длительность интервала до запуска АЦП 3 равна 1Т , код номера подключенного канала - 1)

2и 2, 1 и 3, 4 и 3, 4 и 3, 1 и 2,

3и 3, 4 и 3, затем снова 1 и 1, При этом период тактовых импульсов генератора 5Т„ должен быть равен 1/20fA.

Через элемент 7 импульс запуска - АЦП 3 поступает на вход записи блока 4, осуществл   запись очередного оцифрованного отсчета. Пришедший на вход записи блока 4 импульс (фиг,5), поступает на вход записи БРОН 24 и записывает информацию, наход щуюс  на информационном вХоде, Содержимое счетчика 25 адреса записи  вл етс  кодом адреса  чейки пам ти, куда записываетс  информаци . Через элемент 28 импульс, задержанный на врем  записи информации в БРОН 24, поступает на счетный вход счетчика 25 адреса записи и увеличивает его содержимое на единицу.

Таким образом, счетчик 25 указывает на адрес очередной свободной  чейки пам ти БРОН 24, Чтение данных из БРОН 24 производитс  по текущему адресу, сформированному счетчиком 27, при подаче импульса на вход чтени , после чего, пройд  через элемент 29, импульс увеличивает содержимое счетчика 27 на единицу . Наличие в БРОН 24 подготовленной информации индицируетс  сигналом, готовности на управл ющем вьгкоде блока 4, Этот сигнал формируетс 

987344

компаратором 26, если содержимое счетчиков 25 и 27 отличаетс . Перед началом работы содержимое счетчиков обнул етс . По мере заполненн  - блока 4 содер жимое счетчика 25 увеличиваетс  - буферна  пам ть заполн етс , а на управл ющем выходе блока 4 по вл етс  сигнал готовности. Процессор обработки (внешний по от- fO нощению к устройству) по этому сигналу заканчивает операции, имеющие более высокий приоритет и Начинает , считывать информацию до тех пор, пока содержимое счетчиков 25 и 27 не

15 сравн етс . Сигнал готовности пропадает , буфер пуст, В качестве БРОН 24 может быть использована, например , микросхема 1802ИР1,

Блок нормировки (фиг, 3) работа- 20 ет следующим образом. Содержимое регистра смещени  (код смещени ) с помощью ЦАП 22 преобразуетс  в напр жение смещени , которое подаетс 

на управл ющий вход управл емого 25 усилител  20, выполненного, напри-, мер, по схеме фиг, 4, В качестве микросхем Д1 и ДЗ можно использо-. вать операционные усилители серии 140, Код с выхода регистра масштг- Зд ба (в данном случае лишь три разр да , см, фиг, 4) поступает на управл ющие входы блока ключей Д2, которые замыкаютс  и размыкаютс  в зависимости от кода, подключа  и отключа  соответствующие сопротивлени  в цепи обратной св зи ОУ Д1. Тем са- . мым мен етс  коэффициент усилени  усилител  20, В качестве микросхем Д2 можно использовать 564 КТЗ,

35

Предлагаемое устройство обеспечивает индивидуальное программное согласование сигналов датчиков с АЦП по динамическому диапазону и частоте дискретизации. Информаци  о пор дковых номерах подключаемых каналов, интервалах времени между предьщущим и последующим импульсами запуска АЦП 3, а также величинах масштаба

и смещени , задаваемых в БМ 8, хранитс  в блоке 11, Поэтому каждый цикл сбора информации начинаетс  с выбора очередной константы из блока 11 и засылки соответствующего кода

в РНК 10, РКЧ 16,.PC 21 и РМ 23, Индивидуальный подход к каждому датчику , базирующийс  на априорных сведени х и параметрах его сигнала, гарантирует наиболее полное извле

512

чение информации при минимальном объеме запоминаемых отсчетов.

Claims (3)

1. Формула изобретени 

   1, Устройство дл  ввода информации от аналоговых датчиков, содержащее мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, блок буферной пам ти , генератор, дешифратор и элемент задержки, информационные выходы блока буферной пам ти  вл ютс  информационными выходами устройства, выходы аналого-цифрового преобразовател  соединены с информационными входами блока буферной пам ти, вход чтени  которого  вл етс  входом чтени  уст- ройства, выход требовани  прерыва- ни  блока буферной пам ти  вл е гс  выходом требовани  прерывани  уст- ройства, информационные входы муль типлексора  вл ютс  информационными входами устройства, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности обработки вводимой ин формации за счет программно-управл емого сопр жени  динамических диапазонов входных сигналов с диапазоном устройства, оно содержит блок масштабировани , управл емый делитель частоты, регистр, блок оперативной пам ти, блок микропрограммного упралени , информационные входы-выходы, адресные выходы и управл ющие входы выходы которого соединены соответст венно с шиной данных, шиной адреса и шиной управлени  устройства, входы дешифратора и ajD;pecныe входы блока оперативной пам ти соединены с шиной адреса устройства, информаци- онные входы регистра, информационные входы управл емого делител  частоты , информационные входы-выходы блока оперативной пам ти и управл ющие входы блока масштабировани  сое динены с шиной данных устройства, выход подтверждени  записи блока буферной пам ти соединен с шиной управлени  устройства, к которой подключены вход записи и вход чтени  блока оперативной пам ти, первый, второй и третий выходы дешифратора соединены соответственно с строби- рующими входами управл емого делите

   ч а мый 0 5 0 5 0 5 0

   л  частоты, блока масштабировани  и регистра, выходы которого соединены с адресными входами мультиплексора , выход которого соединен с информационным входом блока масштабировани , выход которого соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразовател , выход генератора соединен с тактирующим входом управл емого делител  частоты, выход которого соединен с управл ющим входом аналого-цифрового преобразовател  и входом элемента задержки , выход которого соединен с входом записи блока буферной пам ти,
2. 2.Устройство по п. 1, о т л и - ю щ е е с   тем, что управл е- делитель частоты содержит регистр , счетчик, формирователь и элемент ИЛИ, выход которого соединен с стробирующим входом счетчика, выход которого соединен с входом формировател , выход которого соединен

   с первым входом элемента ИЛИ и  вл етс  выходом делител , информационные входы регистра  вл ютс  информационными входами делител , выходы регистра соединены с установочными входами счетчика, вычитающий вход которого  вл етс  тактирующим входом делител , второй вход элемента ИЛИ объединен с входом записи регистра и  вл етс  стробирующим входом дели- тел .
3. 3.Устройство по п. 1, о т л и - ч ающе е с   тем, что блок масштабировани  содержит регистр CMeipe- ни , регистр масштаба, цифроанало- говый преобразователь и усилитель , информационный вход которого  вл етс  информационным входом блока, входы записи регистров смещени  и масштаба объединены и  вл ютс  стробирующим входом блока, информационные входы регистров смещени  и масштаба  вл ютс  управл ющими входами блока, выходы регистра смещени  соединены с входами цифроанапогового преобразовател , выход которого соединен с управл ющим входом усилител , вьпсоды регистра масштаба соединены с управл ющими входами группы усилител , выход которого  вл етс  выходом блока.

   18 I

   19

   11

   (puz.Z

   Фиг. j

   emt

   0mm

   16

   Ошб

   zrj

   Sf

   ОУ

   КЗ

   8R

   Фы.

   Jf

   utw. Bbfx.

   Шг f

   -«f-.§J af

   I

   14

   2;

   чтеаае

   H

   2

   и

   Составитель В„ Файзрахманов Редактор Н, Егорова Техред М.Ходанич Корректор А. Обручар

   Заказ 889/50 Тираж 673 . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва Ж-35, Раушска  наб., д,. 4/5

   Производственно-полиграфическое предпри тие, г, Ужгород, ул. Проектна , 4

   к т f

   xg.5

   JLJ

   II lit