Устройство для ввода информации

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА ИНФОРМадии , содержащее блок сравнения, первый регистр, второй регистр, выходы которого соединены с входами первойгруппы блока сравнения и входа группы первого регистра, выходы которого соединены с входами второй группы блока сравнения, о т л ичающееся тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в него введены первый и второй блоки кодирования, блок управления и третий регистр, входы группы которого являются входс1ми группы устройства, выходы третьего регистра соединены с входами первого блока кодирования, выходы которого соединены с входами группы второго регистра, вход которого соединён с первым выходом блока . управления, второй выход которого соединен с входом блока сравнения, выход блока сравнения соединен с первым вxoдolJJ блока управления и является выходом устройства, третий выход блока управления соединен с входом третьего регистра и входом пер- ; вого регистра, выходы которого соединены с входами первой группы второго блока кодирования, входы второй группы которого соединены с выходом § второго регистра, четвертый выход блока управления соединен с входом второго блока кодирования, выходы которого являются выходами группы устройства, второй вход блока управления является первым входом устрой- S ства, третий вход блока управления является третьим входом устройства. О эо --4 00

СОО3 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГЬ БЛИН

gI(5g 0 06 F 3/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИф "

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3535003/18-24 (22) 06.01.83 (46 ) 23. 04. 84, Бюл. Р 15 (72) Г.И.Иванов, С.A.Третьяков, О.Ф.Иванова и С.Ю.Фомин (71) Таганрогский радиотехнический институт им. В.Д.Калмыкова (53) 681.327 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 840870, кл. G 06 F 3/04, .1981.

2. Авторское свидетельство СССР

9 842775, кл. 0 06 F 3/04,, 1981. .(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА ИНФОРИЩИИ, содержащее блок сравнения, первый регистр, второй регистр, выходы. которого соединены с входами первой-группы блока сравнения и входами группы первого регистра, выходы которого соединены с входами второй группы блока сравнения, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в него введены первый и второй блоки кодирования, блок управления и тре. тий регистр, входы группы которбго,su„„978 А являются входами группы устройства, выходы третьего регистра соединены с входами первого блока кодирования, выходы .которого соединены с входами группы второго регистра, вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с входом блока сравнения, выход блока сравнения соединен с первым входоы блока управления и является выходом устройства, третий выход блока управления соединен с входом третьего регистра и входом первого регистра, выходы которого соединены с входами первой группы второго блока кодирования, входы второй группы которого соединены с .выходом Я второго регистра, четвертый выход блока управления соединен с Входом второго блока кодирования, выходы которого являются выходами группы устройства, второй вход блока управления является первым входом устрой- Я ства, третий вход блока управления является третьим входом устройства..1087978

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит первый и второй триггеры, дешифратор, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй элемен- ты И, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с вторыми входами первого триггера и второго триггера, выход которого соединен с вторым входом дешифратора, первый выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ и является третьим выходом блока, третьи входы первого и второго триггеров являют=а вторым входом блока, третий вход первого элемента И является третьим входом блока, вторые входы первого и второго элементов И являются перИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для построения автоматических систем управления территориально распределенными 5 технологическими объектами.

Известное устройство для ввода информации от дискретных датчиков, содержащее датчики, первый и второй регистры для хранения текущего и пре- 0 дыдущего наборов значений состояний датчиков, блок сравнения этих наборов, шифратор и логические схемы И и ИЛИ для управления работой устройства ввода (13.

Недостатком устройства является избыточность объема информаЦии выдаваемого устройством на выходную шину данных, а также невысокое быстродействие за счет последовательного опроса дискретных датчиков.

20 Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство сопряжения, содержащее первый и второй регистры для хранения текущего и предыдущего наборов значений состояний двоичных датчиков, схему сравнения, первый и второй шифраторы, узел синхронизации, счетчик адреса, дешифратор адреса и коммутатор входных сигналов устройства, 30 входы которого соединены с первыми входами коммутатора, вторые входы которого соединены соответственно с первыми входами блока сравнения и выходами дешифратора адреса, входы ко- 35 торого соединены с выходами счетчика адреса, вход которого соединен с первым выходом узла синхронизации, второй выход которого соединен с первыми входами первого и второго регистров, выходы первого регистра соевым входом блока, второй выход дешифратора соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ и является первым выходом блока, третий выход дешифратора соединен с первыми входами первого и второго элементов И и является вторым выходом блока, четвертый выход дешифратора является четвертым выходом блока, выход первого элемента И соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом первого триггера, выход которого соединен с первым входом дешифратора, выход второго элемента И соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом второго триггера.

1динены с вторыми входами блока сравнения, третьи входы которого соединены с вторыми входами первого регистра, выходами второго регистра, входы которого соответственно соединены с выходами коммутатора и с первыми входами первого блока .кодирования, выходы которого являются первыми выходами ,устройства для сопряжения, а вторые входы соединены с выходами блока сравнения и с входами второго блока кодирования соответственно, выходы которого являются вторыми выходами устройства для сопряжения 52).

Недостатком известного устройства является избыточное число внешних выводов для однозначного определения адреса датчика, изменившего свое значение, а также невысокое быстродействие устройства за счет последо- вательного опроса датчиков.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства, Поставленная цель достигается тем, что в устройство для ввода информации, содержащее блок сравнения, первый регистр, второй регистр, выходы которого соединены с входами первой группы блока сравнения и входами группы первого регистра, выходы которого соединены с входами второй группы блока сравнения, дополнительно введены первый и второй блоки кодирования, блок управления и третий регистр, входы группы которого являются входами группы устройства, выходы третьего регистра соединены с входами первого блока кодйрования, выходы которого соединены с входами группы второго регистра, вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которог .1087978 соединен с входом блока сравнения, выход блока сравнения соединен с первым входом блока управления и является выходом устройства, третий выход блока управления соединен с вхо-. дом третьего регистра и входом первого регистра, выходы которого соединены с входами первой группы второго блока кодирования, входы второй группы которого соединены с выходом второго регистра, четвертый 10 выход блока управления соединен с входом второго блока кодирования, выходы которого являются выходами группы устройства, второй вход блока управления является первым входом 15 устройства, третий вход блока управления является третьим входом уст" ройства.

Блок управления содержит первый и второй триггеры, дешифратор, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй элементы И, генератор так-, товых импульсов, выход которого соединен c,íòîðûìè входами первого триггера и второго триггера, выход которого соединен с вторым входом дешифратора, первый выход которого соединен с вторым входом первого элемента

ИЛИ и является третьим выходом блока, третьи входы первого и второго триггеров являются вторым входом блока, третий вход первого элемента И явля-. ется третьим входом блока, вторые входы первого и второго элементов И являются первым входом блока, второй выход дешифратора соединен c âòðð, 35 входом второго -элемента .ИЛИ и является первым выходом блока, третий выход дешифратора соединен с первыми входами первого и второго элементов

И и является вторым выходом блока, 40 четвертый выход дешифратора является четвертым выходом блока, выход первого элемента И соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом первого триггера, выход которого соединен с первым входом дешифратора, выход второго элемента И соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом второго триггера, 50

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — функциональная схема устройства управления; на фиг. 3 — граф автомата устройства управления; на фиг. 4 — временная диа- 55 ,грамма работы устройства; на фиг.5 граф допустимых Переходов объекта управления; на фиг. б — функциональная схема блока кодирования.

Устройство содержит входы 1 груп- пы устройства, на которые поступают двоичные сигналы, характеризующие состояние датчиков, третий регистр 2,, в котором хранятся значения датчиков в течение всего цикла предваритель- 65,. ной обработки, первый блок 3 кодирования, функциональное назначение которого состоит в формировании на выходе номера набора значений состояний датчиков, блок 4 сравнения, первый и второй регистры 5 и б, второй блок 7 кодирования, функциональное назначение которого состоит в формировании на выходе кода перехода из предыдущего набора значения двоичных датчиков в последующий набор при изменении состояния одного или нескольких двоичных датчиков, блок 8 управления, обеспечивающий синхронное взаимодействие всех узлов устройства, первого и второго входов 9.1 и 9.2 устройства на которые подаются сигналы пуска устройства и считывание кода перехода соответственно, выход 10 устройства,на который выдается сигнал при изменении одним или несколькими датчиками своих состояний, выходы .11 группы устройства, на которые выдается код перехода из предыдущего набора значений двоичных датчиков в последующий °

Блок 8 управления содержит первый элемент И 12, первый элемент ИЛИ 13, первый триггер 14, дешифратор 15, второй триггер 16, вторые элементы

ИЛИ 17, И 18 и генератор 19 тактовых импульсов, первый 20, второй 21, третий 22, четвертый 23 выходы блока, первый 10, второй 9.1, третий

9.2 входы блока.

Блок 7 кодирования содержит первые элементы ИЛИ 24, И 25, второй элемент ИЛИ 26, тристабильный буфер

27, второй и третий элементы И 28 и 29, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 30, входы 5.1 и 5.2 первой группы блока, входы 6.1 и 6.2 второй группы блока, вход 23 блока, выход 11 блока.

Устройство работает следующим образом.

За счет использования естественной избыточности, имеющейся в допустимых входных наборах значений двоичных входных переменных, осуществляется их двойное перекодирование (сжатие ). Идея этого сжатия состоит в следующем.

Количество допустимых наборов значений двоичных датчиков, расположенных на любом реальном объекте управ-. ления, как правило, является намного меньшим величины 2, где n — число двоичных датчиков, т.е. из всего множества Й=2" теоретически возможных наборов значений двоичных датчиков, реально могут возникнуть только лишьК«М допустимых входных наборов .

Кроме того, для каждого из вооб ще допустимых входных наборов имеется свое отличное от других подмножество допустимых для него последующих входных наборов. Т.е. после каж1087978 дого текущего входного набора могут появиться не все вообще допустимые входные наборы, а только лишь некоторые иэ них. Это обуславливается тем, что каждый вхбдной набор отражает некоторое состояние объекта управле- 5 ния. А из любого своего текущего состояния объект управления может перейти только лишь в некоторые из вообще допустимых своих состояний.

Общее множество допустимых состояний 10 объекта управления и отдельные его подмножества, соответствующие допустимым последующим состояниям объекта управления, определяются из условий правильности функционирования объек- 15 та управления.

Ы этих случаях, для уменьшения числа двоичных линий связи между объектом управления и системой управления, можно осуществлять в непосред- 20 ственной близости от объекта управления предварительную обработку входной информации, которая заключается в двойном перекодировании: сначала первичного входного набора 2 . вспо- 25 могательным набором Ф; значейий промежуточных переменных значений промежуточных переменных 1„,,..., V (men(, Затем вспомогательный набор Ф„ заменяется набором Я значений переменных 0

«> ... w (vie), с помощью которых

1 2 о перекодируются те последующие наборы ф которые являются допустимыми

Ф после текущего набора ф; .

Пример. На объекте управления имеется три двоичных датчика.

Из-за технологических и конструктивных ограничений из восьми возможных наборов значений этих датчиков допустимыми являются только четыре. Все возможные последовательности перехо — 40 дов из каждого допустимого входного набора к последующим допустимым вход. ным наборам заданы в виде графа допустимых переходов (фиг. 5), Так как в этом графе из каждой 45 вершины выходят не более двух дуг, то, следовательно, всю информацию о любых возможных изменениях трех датчиков на объекте управления можно пе-. редавать с помощью одного бита инфор- 50 мации, т.е. учитывая реальные ограничения на возможные изменения состояний датчиков на объекте управления можно в некоторых случаях существенным образом сократить число линий 55 связи между объектом управления и центральной системой управления.

При включении питания внешними схемами, не входящими в предлагаемое устройство, формируется сигнал пуска,60 который поступает на вход 9.1 устройства и соответственно же второй вход блока 8 управления и тем самым переводит последний в состояние а . Граф состоянйй блока 8 управления пред- 65 ставлен на фиг. 3. Как видно иэ схемы блока 8 управления, представленной .на фиг. 2, сигнал 9.1 поступает на асинхронные входы триггеров 14 и

16 и устанавливает их в нуль. Следовательно, в состоянии а на выходе

20 дешифратора 15 будет высокий уровень, а на выходах 21 — 23 — низкий.

Сигнал с выхода 20 разрешает прием значения двоичных датчиков в данный момент времени в регистр 2, а также разрешает перезапись содержимого регистра б, содержащего нули, в регистр 5. По следующему тактовому импульсу, который вырабатывается тактовым генератором 19, блок 8 управления переходит в состояние a . B этом состоянии выход 21 дешифратора 15 состояний имеет высокий уровень, а выходы 20 — 23 — низкий. Сигнал с выхода 21 разрешает прием закодированной информации в регистр б. Кодирование информации, которая находится в регистре 2, осуществляется комбинационной схемой 3, построенной в соответствии с таблицей кодировки,,и которая является индивидуальной для каждого объекта управления. В этом такте осуществляется первичное сжатие информации, поступающей от двоичных датчиков объекта управления.

В итоге после а2 имеется в регистре б закодированное состояние объекта управления в данном цикле измерения, а в регистре 5 — закодированное состояние объекта управления в предыдущем цикле.

В следующий такт времени блок 8 управления сигналом с выхода 22 (состояние а )инициирует блок 4 сравнения, который осуществляет сравнение кодированных состояний двоичных датчиков объекта управления, снятых в настоящем и предыдущем циклах измерения. В соответствии с этим блок 4 сравнения вырабатывает сигнал Н равный нулю, если: состояние двоичных датчиков (а-следовательно,и их кодированное состояние 1 не изменилось за известный промежуток времени, и равный единице, если хотя бы один иэ двоичных датчиков поменял свое состояние на противоположное состояние (нуль на единицу, единицу на нуль }.

Данный сигнал Н поступает во внешнюю к предлагаемому устройству управляющую систему и указывает ей на изменение состояния датчиков объекта управления. Внешняя к устройству управляющая система воспринимает сигнал несравнения Н, обрабатывает его и отвечает на него выработкой сигнала E на вход 9.2 блока 8 управления.

Если сигнал Н=О, то ни один двоичный датчик не изменил своего значения (в данном цикле измерения объект управления не изменил своего состояния ). Внешняя . к устройству

1087978

S1H

SZ БЗн

84н

0 55

S2c

3с

D В В Н 1!

0 0 0 0 0 управления управляющая система не откликается на сигнал Н и автомат устройства по следующему такту переходит в состояние а„. Дальше цикл измерения двоичных датчиков повторяется.

Если сигнал Н=1, то один или более двоичных датчиков изменили свое значение на противоположное. По этому сигналу происходит прерывание управляющей системы, внешней по отно- .10 шению к устройству и объекту управления. Управляющая система отвечает на сигнал Н подачей на вход 9.2 .уст-, ройства сигнала разрешения Е, TI9 КО. торому разрешается выдача на выход 15

11 устройства кода перехода из одного состояния в другое. До тех пор, пока сигнал Е=О (условие H Е=1 I автомат устройства управления будет находиться в состоянии,аЗ. При появ- 70 лении сигнала разрешения Е=1 (условие Н -E=i) по очередному тактовому импульсу устройство управления переходит в состояние а . В этом состояф нии выход 23 дешифратора 15 состоя; ний имеет высокий уровень, а выходы

20 — 22 — низкий. Сигнал с выхода 23 разрешает выдачу на выход 11 устройства кода перехода иэ состояния, в котором находился объект управления в предыдущем цикле измерения, в состояние, соответствующее данному циклу измерения значений двоичных датчиков. Данный код перехода вырабаты вается блоком 7 кодирования, который З5 можно построить либо в виде комбинационной схемы по таблице истинности, которая сугубо индивидуальна для каждого объекта управления, либо в виде ° программируемой логической матрицы.

Пример синтеза блока кодирования в виде комбинационной схемы.

Пусть граф работы объекта управления имеет вид, представленный на фиг. 5. Объект управления имеет три датчика 0, Э и Г и может находить-45 ся в одном из четырех состояний S, S 2, S> и S+. Состояние, из которого перешел объект .Управления,.обозначают сивмолам Б;с, новое состояние символом 8;Н, где i=1, 2, 3, 4. Ре- 50 зультаты прйведены в таблице переходов.

Функциональная схема, реализующая таблицу переходов, представлена на фиг.6.Выходы регистра 5 и 6 обозначены 5.1., 5.2 и 6.1, 6.2 соответственно.

Блок кодирования осуществляет второе сжатие информации, поступающей в устройство от двоичных датчиков объекта управления. Система управления принимает код перехода, выработанного устройством, и, зная предыдущее состояние объекта управления, определяет его новое состояние.

При поступлении нового тактового импульса устройство переходит в состояние а и цикл измерения повторяет1 ся.

При включении питания содержимое регистров 5 и 6 обнуляется, а управляющая система переходит в заранее оговоренное состояние, сигналом, вырабатываемым внешними к устройству схемами (не показаны ). Поэтому первый цикл измерения всегда выдает сигнал Н=1.

Временная диаграмма работы устройства представлена на фиг. 4 Отсутствие информации на выходах показано пунктирной линией. Изменение информации на входе 1 показано крестом.

Пусть на объекте управления имеется три датчика Р, j) и 3, которые отображают состояние, в котором находится объект управления.

Граф перехода объекта управления из одного состояния в другое представлен на фиг. 3. Как видно из графа перехода, объект может находиться в одном из четырех возможных состояний; 5„, 5, 5> и 54 . Так как объект имеет три двоичных датчика, то возможное число допустимых наборов значений этих датчиков равно 2 =8. ОдЭ нако не все из этих допустимых наборов значейий датчиков получаются в процессе функционирования объекта.

Четыре из восьми допустимых наборов получаются, а именно 001 010 100

111.

Поэтому для однозначного определения того состояния, в котором находится объект управления достаточно двухразрядного кода. Именно это первое предварительное кодирование и осуществляет первый блок кодирования. Данный блок строится на основе таблицы истинности. Блок 3 кодирования представляет собой комбинационную схему,на входы которой поступает набор значений двоичных датчи . ков, а с выхода снимается код состояния (для примера, код R,,R>1, в кстором находится объект управления.

1087978

0 1 1 0 1

1 0 1 1 0

1 1 0 1 1

Как видно иэ фиг. 5,из одного сос-! тояния в другое возможно два пути перехода, а следовательно, номер, этого перехода можно закодировать одним двоичным разрядом. Код номера перехода иэ предыдущего состояния

B последующее состояние вырабатывается вторым блоком 7 кодирования.

Устройство, управляющее объектом управления, зная код состояния,в котором находился объект управления и код номера перехода в другое состояние, может определить состояние,в которое перешел объект управленйя в данном цикле. 20

Таким образом, устройство для ввода и предварительной обработки информации от двоичных датчиков, имеющего на входе три двоичных датчика, имеет на выходе линию запроса и одну информационную линию.

Предлагаемое устройство более быстродействующее,так как здесь используется параллельный опрос в отличие от последовательного, используемого в известном устройстве (опрос трех датчиков,осуществляется за три элементарных такта времени или последовательно ), что в 3 раза быстрее.

При увеличении числа двоичных датчиков объекта управления разница по количеству выводов и времени опросов датчиков между известным и предлагаемым устройствами увеличивается во много раз.

:1087978

1087978

О 5Ð

Составитель Н.Максимов

Редактор Н Рогулнч Техред д. Коц рбняк КорректорС.Шекмар

Заказ 2673/45 Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ государственного комитета СССР по. делам изобретений.и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4