SU1608792A1 - Каскадный коммутатор - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и, в частности, к коммутаторам измерительных информационных систем, предназначенным дл  подключени  к одному аналого-цифровому преобразователю нескольких первичных преобразователей. Цель изобретени  - расширение области использовани . Устройство содержит выходной коммутатор, к входам которого последовательно подключены N усилителей и N групповых коммутаторов. Достижение цели обеспечиваетс  введением K^.N устройств выборки-хранени , блока управлени  и усилител  с соответствующими св з ми. Блок управлени  содержит триггер, генератор тактовой частоты, два элемента И, формирователь задержки, два элемента ИЛИ, дешифратор, мультиплексор, два счетчика, блок стробировани  устройств выборки-хранени  и блок синхронизации коммутаторов. Изобретение обеспечивает расширение области применени  путем одновременного фиксировани  значений входных сигналов во всех каналах и использовани  незадействованных каналов дл  увеличени  верхней граничной частоты коммутируемых входных сигналов и коммутации импульсных сигналов с высокой скоростью нарастани . 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

рител

TopaN

систеи

к

телЮ

лей.

И5обретение относитс  к электроизме- ной технике, в частности к коммута- измерительных информационных предназначенным дл  подключени  одному аналого-цифровому преобразова- мескольких первичных преобразоватеЦзлью

изобретени   вл етс  расшире- использовани  путем введени  одновременного фиксировани  значений вхо,н Ь1х сигналов во всех каналах и исполь зовани  незадействованных каналов дл  пени  верхней граничной частоты коммутируемых входных сигналов и коммутание области

ции импульсных сигналов с высокой скоростью нарастани .

На фиг. 1 представлена функциональна  схема каскадного коммутатора; на фиг. 2 - функциональна  схема блока управлени ; на фиг. 3 - схема блока стробировани  устройств выборки-хранени ; на фиг. 4 - схема блока синхронизации коммутаторов; на фиг. 5 - схема формировател  задержки; на фиг. 6 - временна  диаграмма работы коммутатора .

Каскадный коммутатор содержит в каждом из N каналов на каждом из К входов устройство 11 -: 1 к выборки-хранени . Выходы устройств (1i - IK)N выборки-хранени 

О

о

00

ч ю

4D

подключены к входам соответствующих групповых коммутаторов 2i - 2N. Выход каждого группового коммутатора 2i - 2N подключен через соответствующий усилитель 3i - SN к соответствующему входу выходного коммутатора 4. Последний соединен выходом с усилителем 5, выход которого  вл етс  выходом каскадного коммутатора . К стробирующим входам устройств 11-1 к выборки-хранени  подключены К выходов блока 6 управлени , N выходов которого подключены к соответствующим входам синхронизации групповых коммутаторов . N+1-ый выход блока 6 управлени  подключён к входу синхронизации выходного коммутатора 4, выходна  шина которого  вл етс  выходом импульса Готов каскадного коммутатора. Первый вход блока 6 управлени   вл етс  входом импульса Пуск, второй, третий и четвертый входы  вл ютс  соответственно входами установки кодов Режим, Количество циклов и Количество каналов каскадного коммутатора.

При этом блок 6 управлени  содержит триггер 7, генератор 8 тактовых импульсов, первый элемент И 9, формирователь 10 задержки , первый элемент ИЛИ 11, второй элемент И 12, дешифратор 13, мультиплексор 14, второй элемент ИЛИ 15, первый счетчик 16, второй счетчик 17, блок 18 синх- ронизации коммутаторов, блок 19 стробиро- вани  устройств выборки-хранени . Причем первый вход блока 6 управлени  подключен к входу установки триггера 7, к первым входам элементов ИЛ И 11 и 15 и первому входу второго счетчика 17, выход которого  вл етс  выходом импульса Готов блока 6 управлени  и подключен к входу сброса триггера 7. Выход последнего соединен с первым входом элемента И 9, к второму входу которого подключен генератор 8 тактовой частоты . Выход элемента И 9 подключен к первому входу мультиплексора 14, а через формирователь 10 задержки к второму, третьему и четвертому входам мультиплек сора 14, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика 16. К другому входу счетчика 16 подключен выход второго элемента ИЛИ 15. Один выход первого счетчика 16 соединен с блоком 19 стробирова- ни  устройств выборки-хранени , другой выход соединен с блоком 1В синхронизации коммутаторов, а третий подключен к объединенным входам второго элемента ИЛИ 12 и второго элемента ИЛИ 15 и подключен к счетному входу второго счетчика 17.

Входы дешифратора 13, мультиплексора 14 и второй вход блока 19стробировани  устройств выборюл-хранени  объединены и  вл ютс  вторым входом Режим блока 6

-

.

управлени . Третий вход второго счетчика 17  вл етс  третьим входом Количество циклов блока 6 управлени , а третий вход первого счетчика 16  вл етс  четвертым 5 входом Количество каналов блока 6 управлени . К выходов блока 19 стробированм  устройств выборки-хранени   вл ютс  К выходами блока 6 управлени , N выходов блока 18 синхронизации коммутаторов 10  вл ютс  N выходами блока 6 управлени , а (М+1)-й выход блока 18 синхронизации коммутаторов  вл етс  (N+1)-M выходом блока 6 управлени .

Кроме того, блок 19 стробировани  уст- 15 ройств выборки-хранени  может, например , содержать дешифраторы 20i - 20к, первые и вторые входы которых объединены и  вл ютс  первым и вторым входами блока 19, выходами которого  вл ютс  выходы де- 20 шифраторов 20i - 20к.

Блок 18 синхронизации коммутаторов может, например, содержать дешифраторы 21i - 21м и дешифратор 22, входы которых объединены и  вл ютс  входом блока 18, 25 выходы дешифраторов 211 - 21ы  вл ютс  выходами блока 18, а выход дешифратора 22 - третьим выходом блока 18.

Формирователь 10 задержки может содержать , например, счетчик 23, триггеры 30 24 - 26 И элементы И 27 - 29, выходы которых  вл ютс  вторым, третьим и четвертым выходами формировател  10. Счетный вход счетчика 23 объединен с первыми входами элементов27-29 и  вл етс  первым входом 35 фромировател  10, второй вход которого подключен к входу сброса счетчика 23 и входам сброса триггеров 24 - 26. Выходы счетчика 23 подключены к входам установки в 1 триггеров 24 - 26, выходы которых 40 подключены к вторым входам элементов И 27-29.

Устройства 1i - IK выборки-хранени  могут быть выполнены, например, на устройствах выборки-хранени  К 1100 СК 2. 45Каскадный коммутатор работает следующим образом.

Коммутатор может работать в четырех режима): коммутации входных сигналов, со сдвигом их значений последовательно во 50 времени: коммутации значений входных сигналов, которые одновременно зафиксированы в пам ти каждого канала в определенный момент времени (мгновенные значени ): коммутации высокочастотных 55 сигналов и коммутации импульсных сигналов .

Перед началом работы посредством установки на входах Количество каналов. Количество циклов и Режим определенных кодов выбираютс  параметры коммутации

каналов

К 15 19и

а именно количество коммутируемых в цикле коммутации и количество та их циклов, а также режим работы каскадного коммутатора.

Каскадный коммутатор осуществл ет двухступенчатую коммутацию с возможно- стзю запоминани  мгновенных значений вхэдных сигналов. Запоминание мгновен- ньх значений входных непрерывных сигна- -лов осуществл етс  устройствами 1i - 1к вфорки-хранени , содержащимис  в каж- канале. Двухступенчата  коммутаци  ; ществл етс  N групповыми коммутаторами 2i - 2м и выходным коммутатором 4. При этом групповые коммутаторы 2i - 2ы и выходной коммутатор 4 коммутируютс  со сд зигом во времени (фиг. 6). Со сдвигом во времени происходит коммутаци  групповых коммутаторов 2i - 2м между отдельными /ппами.

В исходном состо нии в блоке 6 управ- триггер 7 и формирователь 10 задер- : 1 наход тс  в состо нии логического О, I 1ходы блока 19стробировани  устройств ВЫ1 юрки-хранени  наход тс  в состо нии логической 1.

По приходу импульса Пуск, триггер 7 пе еходит в состо ние логической Г, а в счетчики 16 и 17 записываютс  установлен- ны на входах коды, определ ющие количеств о каналов и количество циклов, соСтветственно. При этом триггер 7 разру- ша JT проход через логический элемент И 9 от генератора 8 тактовых импульсов. Начинаетс  первый цикл коммутации.

При первом режиме работы входные Ui-i - Un-K проход т через устрой- 11 - 1 к выборки-хранени  и последовательно один з а другим через групповые ко1« мутаторы 2i - 2ы, усилители 3. выходной KON мутатор4 на выход усилител  5, который выходом каскадного коммутатора, t этом тактовые импульсы генератора 8 овой частоты, проход  через логический иент 9 и мультиплексор 14, поступают на ный вход,счетчика 16. Текущий код чика 16 дешифрируетс  дешифратора- - 2lN и дешифратором 22 блока 18 синрсронизации коммутаторов. Одновре- в блоке 19 стробировани  устройств выборки-хранени  дешифраторами 20i - : дешифрируетс  код режима, поступаю- на вход Режим блока 6 управлени . 1ифраторы201-20к,211-21н и 22 могут выполнены, например, на посто нном запоминающем устройстве - микросхемах 5РЕЗ, К 556РТ5, К 556РТ7 и т.д. Блоки 18 вырабатывают сигналы управлени  устройством (1.1 - 1.K)N выборки-хранени , гругповым и выходным коммутаторами.

дом

ос

Ф

ле1ни  жк

ав

сигналы

ствз

 вл етс 

npt,

так

эле

сче

сче

ми

СИ1

менно

выС

20к

щий

Дет

бЫТ1

10

20

При первом режиме работы на входы стробимпульса устройств (1i - IK)N выборки-хранени  поступает логическа  1, Что обеспечивает проход входных сигналов через устройство 1i - 1к выборки-хранени  в течение времени коммутации входных сигналов . К выходу первого группового коммутатора 2 подключаетс  первый канал Ui-i. С задержкой времени (I тактовых импульсов, где 1 1, 2.... е) к выходу второго группового коммутатора подключаетс  второй канал (U2-i). С такой же задержкой поочередно подключаютс  к выходам других N групповых коммутаторов последующие N входов 15 (UN-I). С задержкой времени (I тактовых импульсов , где I 1,2е) относительно группового коммутатора 2 включаетс  выходной коммутатор 4, подключа  на определенное врем  к выходу коммутатора соответствующий входной сигнал, проход щий через групповой коммутатор 2. После подключени  первого канала каждой N группы (Ui-i, U2-1UN-I) к выходу коммутатора коммутируютс  аналогично вторые и последующие каналы каждой группы.

Таким образом коммутаци  продолжаетс  до тех пор, пока счетчик 16 подсчитает заданное количество импульсов, соответствующее выбранному числу каналов Мвыбр. При переполнении счетчик 16 формирует импульс, который с выхода счетчика 16 поступает через логический элемент ИЛИ 15 на его вход, при этом записыва  в счетчик 16 новый код вь1бранного количества каналов . Сформированный счетчиком 16 импульс поступает также на счетный вход счетчика 17, который подсчитывает количество циклов. Коммутаци  входных сигналов, согласно выбранному количеству каналов, продолжаетс  до тех по р, пока счетчик 17 подсчитает заданное количество циклов. Затем счетчик 17 формирует сигнал окончани  коммутации, который поступает на вход сброса триггера 7, чем запрещаетс  проход 5 импульсов генератора 8 тактовых импульсов через логический элемент 9, и режим коммутации Г1рекращаетс . Сигнал окончани  коммутации  вл етс  одновременно сигналом Готов. Следующий режим коммутации начинаетс  с приходом следующего импульса Пуск.

Во втором режиме работы мгновенные значени  входного сигнала запоминаютс  одновременно во всех каналах устройством 1i - 1к выборки-хранени , после чего каждый канал последовательно один за другим подключаетс  к выходу каскадного коммутатора аналогично, как и в первом режиме работы. Одновременна  синхронизаци  всех устройств 1i - IK выборки-хранени 

25

30

35

40

0

5

(перевод в состо ние хранени ) организуетс  блоком 19 стробировани  устройств выборки-хранени  перед каждым циклом коммутации. Дл  этого после поступлени  сигнала Пуск цикл коммутации начинаетс  с заданной задержкой, соответствующей осуществл емому режиму и определ емой формирователем 10 задержки.

По истечении времени задержки этого режима блок 19 стробировани  устройств выборки-хранени  формирует на выходах(1 - К) логический О, и устройства (11 - IK)N выборки-хранени  переход т в состо ние хранени . Следующее состо ние - слежени  устройств (11 - IK)N выборки-хранени  организуетс  после коммутации всех выбранных каналов. Дл  этого сигнал, сформированный счетчиком 16 через логические элементы И 12 и ИЛИ 11, сбрасывает формирователь 10 задержки, в результате чего организуетс  пауза дл  стробировани  устройств (1i - IK)N выборки-хранени . После окончани  коммутации, сброса триггера 7 блок 19 стробировани  устройств выборки- хранени  формирует на всех выходах логическую 1 и переводит устройства (11 - 1 K)N выборки-хранени  в состо ние слежени .

В формирователе 10 задержки тактовые импульсы генератора В тактовой частоты поступают на входы логических элементов И 27 - 29 с задержкой (через определенное количество импульсов), котора  определ етс  счетчиком 23. По истечении времени задержки, т.е. когда происходит переполнение счетчика 23 на одном из его выходов формируетс  сигнал. Этот сигнал переводит в состо ние единицы соответствующий триггер 24 - 26, который разрешает дальнейший проход импульсов тактовой частоты через логический элемент.

В третьем режиме каскадный коммутатор дл  увеличени  частоты коммутации (т.е. частоты входных сигналов) запоминание мгновенных значений и их коммутацию осуществл ет дл  каждого входного сигнала всеми группами каналов, где каждый канал группы работает со сдвигом во времени. При этом каждый входной сигнал подключаетс  на соответствующий вход каждой груп- пы каналов, например первый коммутируемый сигнал поступает на Ui-i,...,

UN-I каналы, второй - Ui-2UN-2 каналы и

так далее до U i-к, UN-K. После сигнала Пуск одновременно запоминаютс  мгновенные значени  всех входных сигналов. По прохождении времени, необходимого дл  стробировани  устройств выборки-хранени , которое определ етс  формирователем 10 задержки и формируетс  на втором его выходе , начинаетс  сцикл коммутации, выполн ющийс  аналогично, как в первом режиме работы. С соответствующим сдвигом относительно момента стробировани  устройств 1l - IK выборки-хранени  первых каналов

каждой группы Ui-i, U2-iUN-I стробируютс  вторые и последующие каналы каждой группы. Причем стробируютс  так, что частота коммутации fK определ етс  только параметрами быстродействи  коммутаторов,

а не параметрами быстродействи  устройств (1i - IK)N выборки-хранени .

В четвертом режиме работы (коммутаци  импульсных сигналов) каждый коммутируемый сигнал подключаетс  на несколько

соответствующих входов каждой группы каналов , аналогично как и в третьем режиме. Отличие от третьего режима заключаетс  в том, что уменьшаетс  интервал времени между мгновенными значени ми входного

сигнала, которые запоминаютс  в устройствах (1i - IK)N выборки-хранени  за счет их стробировани  со сдвигом во времени дл  каждого входного импульсного сигнала. После каждого такого запоминани  устройствами (1i - IK)N выборки-хранени , далее коммутаци  входных сигналов организуетс  аналогично, как в первом режиме работы каскадного коммутатора.

Использование предлагаемого каскадного коммутатора позвол ет получить в необходимый момент времени значени  всех входных сигналов и создать многоканальные системы дл  комплексного исследовани  динамики контролируемых процессов.

Такие системы характеризуютс  простотой реализации и небольшой стоимостью, так как требуют только одного аналого-цифрового преобразовател  или цифрового регистратора .

Claims (2)

1. Каскадный коммутатор, содержащий выходной коммутатор, к входам которого подключены соединенные последовательно N усилителей и N групповых коммутаторов.

отличающийс  тем. что, с целью расширени  области использовани , введены К N устройств выборки-хранени , блок управлени  и дополнительный усилитель, причем выход выходного .коммутатора подключен к входу дополнительного усилител , выход которого  вл етс  выходом каскадного коммутатора, К входов каждого из N групповых коммутаторов подключены к выходам устройств выборки-хранени , входы которых  вл ютс  входами каскадного коммутатора , стробирую щие входы устройств выборки-хранени  подключены к К соответствующим выходам блока управлени . N соответствующих выходов которого подвключены к входам синхронизации N групповых коммутаторов. (М+1)-й соответствующей выход блока управлени  подключен к входу синхронизации выходного коммута- TOfia, а выходна  шина блока управлени   вл етс  выходом импульса Готов, при этс м вход блока управлени   вл етс  входом импульса Пуск, второй, третий и четвертый входы блока управлени   вл - юто  соответственно входами установки ко- до 3 Режим, Количество циклов и Количество каналов каскадного коммутатора .

2. Коммутатор по п. 1, о т л и ч а ю щ и й- с   тем, что блок управлени  содержит триггер , генератор тактовой частоты, два элемента И, формирователь задержки, два элемента ИЛИ, дешифратор, мультиплексор , первый счетчик, блок стробировани  устройств выборки-хранени , блок синхро- ни;ации коммутаторов и второй счетчик, npi/чем первый вход блока управлени  под- клк чен к входу установки триггера, к первым входам элементов ИЛИ и первому вхоцу второго счетчика, выход которого  в- л егс  выходом импульса Готов блока управлени -и подключен к входу сброса тритера, выход- которого соединен с пер- BbiN входом элемента И, к второму входу которого подключен генератор тактовой ча

,Пусн ..f ,коп. . .коп. , циклов каната

10

стоты, выход элемента И подключен к первому входу мультиплексора, а через формирователь задержки - к второму, третьему и четвертому входам мультиплексора, выход которого соединен с счетным входом первого счетчика, к другому входу которого подключен выход второго элемента ИЛИ, один выход первого счетчика соединен с блоком стробировани  устройств выборки-хранени , другой выход соединен с блоком синхронизации коммутаторов, а третий подключен к объединенным входам второго элемента И и второго элемента ИЛИ и подключен к счетному входу второго счетчика. 5 при этом второй вход Режим блока управлени  подключен к входам дешифратора, мультиплексора и блока стробировани  устройств выборки-хранени , третий вход блока управлени  Количество циклов 0 подключен к третьему входу второго счетчика , а четвертый вход Количество каналов соединен с третьим входом первого счетчика , кроме того К выходов блока стробировани  устройств выборки-хранени   вл ютс  5 К выходами блока управлени , N выходов блока синхронизации коммутаторов  вл ютс  N выходами блока управлени , а (N+1}-й выход блока синхронизации коммутаторов  вл етс  (N+1)-M выходом блока управлени .

jbmef

/ .К 2i 2ы 3

Фиг.5

Фиг. 5

ФигЛ