Устройство для ввода информации

 

Ь УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА ИНФОРМАЦИИ , .содержащее первый коммутатор , дешифратор команд, счетчик адреса , блок управления, буферный накопитель и аналоговый коммутатор, информационные входы которого являютс ,я информационными входами устройства , адресный вход буферного накопителя соединен с выходом счетчика адреса , отличающееся тем. что, с целью упрощения устройства, оно содержит второй коммутатор, сумматор , блок, аналоговой памяти, дешифратор адреса, счетчик, генератор тактовых импульсов, первый и второй триггеры, блок элементов И, регистры сдвига5команд и данных,входы параллельного ввода регистра сдвига и регистра данных являются входом-выходом данных устройстваэ а входы регистра команд - входом-выходом управления устройства, одни выходы регистра команд подключены к входам дешифратора команд и к адресному входу анапого-цифрового преобразователя, а через дешифратор адреса - к первому входу блока управленияj первый выход дешифратора команд подключен к управляющим входам регистров сдвига и данных, второй выход - ко второму входу блока управления, третий выход - к третьему входу блока управления , к счетному входу счетчика адреса, к входам установки в 1 первого и второго триггеров, четвертьй выход - ко входу сброса счетчика адреса и к входу установки в О второго триггера, неинвертирующий выход которого подключен к управляющему входу блока аналоговой памяти, выходы которого соединены с информа (Л ционными входами аналого-цифрового преобразователя, входы - с выходами аналогового коммутатора, к входам управления которого подключен аналоговый выход аналого-цифрового преоб разователя , а к стробирующему вз{одупервый выход блока управления, второй выход которого подключен к вхо4: ДУ установки в О первого триггера, сл неинвертируииций выход которого сосо со единен с входом генератора импуль- , сов, выход которого подсоединен к О) четвертому входу блока управления, к синхровходу аналого-цифрового преобразователя и к счетному входу счетчика, выход которого соединен с пятым входом блока управления, цифровой выход аналого-цифрового преобразователя и выход буферного накопителя подсоединены соответственно к адресному и информационному входам первого коммутатора, выход которого подключен к первому информационному входу сумматора, второй информацион

СОЮЗ СОН ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

4(5цС 06 F 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВ ГОРСКОМУ СНИДЕ ГЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3672549/24-24 (22) 14.12.83 (46) 15.03.85. Бюл. Р 10 (72) В.P. Сенченко, В.Н. Сороко, С.B. Миненко, В.С. Мечетный и В.Ф. Пеклун (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (53) 681 .325. 21 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 953644, кл. G 06-F 3/04, 1982.

2. Авторское свидетельство СССР

1807311,кл.G 06 F 3/04,1981(прототип). (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА ИНФОРМАЦИИ,,содержащее первый коммутатор, дешифратор команд, счетчик адреса, блок управления, буферный накопитель и аналоговый коммутатор, информационные входы которого являются информационными входами устройства, адресный вход буферного накопителя соединен с выходом счетчика адреса, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения ус гройства, оно содержит второй коммутатор, сумматор, блок аналоговой памяти, дешифратор адреса, счетчик, генератор тактовых импульсов, первый и второй триггеры, блок элементов И, регистры сдвига, команд и данных, входы параллельного ввода регистра сдвига и регистра данных являются входом-выходом данных устройства, а входы регистра команд — входом-выходом управления устройства, одни выходы регистра команд подключены к входам дешифратора команд н к адресному входу аналого-цифрового преобразователя, „„ЕИ„„45336 А а через дешифратор адреса — к первому входу блока управления, первый выход дешифраторз команд подключен к управляющим входам регистров сдвига и данных, второй выход — ко второму входу блока управления, третий выход — к третьему входу блока управления, к счетному входу счетчика адреса, к входам установки в "1" первого и второго триггеров, четвертый выход — ко входу сброса счетчика адреса и к входу установки в "0" второго триггера, неинвертирующий выход которого подключен к управляющему входу блока аналоговой памяти, выходы которого соединены с информационными входами аналого-цифрового преобразователя, входы — с выходами аналогового коммутатора, к входам управления которого подключен аналоговый выход аналого-цифрового преобразователя, а к стробирующему входупервый выход блока управления, второй выход которого подключен к входу установки в "0" первого триггера, неинвертирующий выход которого соединен с входом генератора импульсов, выход которого подсоединен к четвертому входу блока управления, к синхровходу аналого-цифрового преобразователя и к счетному входу счетчика, выход которого соединен с пятым входом блока управления, циф- 3в ровой выход аналого-цифрового преобразователя и выход буферного накопителя подсоединены соответственно к адресному и информационному входам первого коммутатора, выход которого подключен к первому информационному входу сумматора, второй информацион1 14533 ный вход которого соединен с выходом второго коммутатора, вход управления которого подключен ко второму выходу блока управления, адресный вход— к цифровому выходу аналого-цифрового .преобразователя, выходы сумматора соединены с информационными входами блока элементов И и с информационными входами буферного накопителя, выход блока элементов И соединен со входом параллельного ввода регистра данных, взводы чтения и записи буферного накопителя подключены соответственно к третьему и четвертому выходам блока управления, пятый выход которого подсоединен к входу последовательного ввода регистра сдвига, выход которого соединен с входом ввода yciавки аналого-цифрового преобразователя, а шестой и седьмой выходы блока управления подключены к управляющим входам сумматора, причем седьмой выход подсоединен к управляющему входу блока элементов И, восьмой выход блока управления подключен к управляющему входу первого коммутатора, другие выходы регистра команд соединены с входами дешифратора команд, выходы регистра данных подключены к информационным входам второго коммутатора.

2, Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит третий триггер, первый и второй элементы задержки, с первого по шестой элементы И, неинвертирующий выход третьего триггера является первым и вторым выходами блока и соединен с первыми входами первого, второго и третьего элементов И, выходы которых являются пятым, четвертым и шестым выходами блока, инвертирующий выход третьего триггера является восьмым выходом блока и подсоединен к первым входам

6 четвертого и пятого элементов И, выходы которых являются третьим и седьмым выходами блока, вход установки в " 1" третьего триггера подсоединен к выходу шестого элемента И, входы которого являются первым и третьим входами блока, вход установки в "О" третьего триггера является вторым входом блока, вход первого элемента задержки является четвертым входом блока, выход подключен ко второму входу первого элемента И, вторые входы второго и пятого элементов И соединены с выходом второго элемента задержки, который является вторым выходом блока, вход второго элемента задержки соединен со вторыми входами третьего и четвертого элементов И и является пятым входом блока.

3. Устройство. по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что аналогоцифровой преобразователь содержит компараторы, мультиплексор, регистр последовательных приближений и цифроаналоговый преобразователь, выход которого является аналоговым выходом аналого-цифрового преобразователя и подключен к первым входам компараторов, вторые входы которых являются информационными входами аналогоцифрового преобразователя, один информационный вход мультиплексора, адресный вход мультиплексора, тактовый вход и выход регистра последовательных приближений являются входами ввода уставки, адресным синхровходом и цифровым выходом аналогоцифрового преобразователя соответственно, выходы компараторов соединены с другими информационными входами мультиплексора, выход которого подключен к информационному входу регистра последовательных приближений, выход которого соединен с входом цифро-аналогового преобразователя.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в качестве прецизионной системь| сбора и измерения быстроменяющейся аналоговой информации, а также в тренажерных системах и комплексах, обеспечивающих управление и слежение эа динамическими объектами.

Известно устройство для ввода

5 информации, содержащее входной уси3 11453 литель, аналого-цифровой преобразователь, две схемы сравнения, четыре регистра, два счетчика, два блока памяти, блок отображения, блок уп- равления, генератор тактовых импульсов, сумматор, блок вычитания, блок масштабирования и формирователь ме- ток P1).

Недостатком устройства является

его сложность.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для ввода информации, содержащее блок управления, последо15 вательно соединенные датчики, коммутатор датчиков, аналого-цифровой преобразователь, блок записи воспроизведения, а также последовательно соединенные блок хранения коэффици20 ентов апроксимации тарированных характеристик датчиков, арифметический блок, блок регистрации, блок дешифрации номера участка обработки, коммутатор опроса узла хранения номе25 ров каналов, счетчик текущего номера канала, буферный накопитель, коммутатор опроса буферного накопителя, элемент сравнения 2 j.

Недостаток устройства — сложность.

Целью изобретения является упро-. щение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для ввода информации, содержащее первый коммутатор, 35 дешифратор команд, счетчик адреса, блок управления, буферный накопитель и аналоговый коммутатор, информационные входы которого являются информационными входами устройства, адрес- 40 ный вход буферного накопителя соеди нен с выходом счетчика адреса, содержит второй коммутатор, сумматор, блок аналоговой памяти, дешифратор адреса, счетчик, генератор тактовых импульсов, первый и второй триггеры, блок элементов И, регистры сдвига, команд и данных, входы параллельного ввода регистра сдвига и регистра данных являются входом-выходом данных устройства, а входы регистра команд — входом-выходом управления устройства, одни выходы регистра команд подключены к входам дешифратора команд и к адресному входу анало- 55 го-цифрового прербразователя, а через дешифратор адреса — к первому входу блока управления, первый выход де36 шифратора команд подключен к управляющим входам регистров сдвига и г данных, второй выход - к второму входу блока управления, третий выход к третьему входу блока управления, к счетному входу счетчика адреса к входам.. установки в "1" первого и второго триггеров, четвертый выход — ко входу сброса счетчика адреса и к входу установки в "О" второго триг-, гера, неинвертирующий выход которого подключен к управляющему входу блока аналоговой памяти, выходы которого соединены с информационными входами аналого-цифрового преобразователя, входы — с выходами аналогового коммутатора, к входам управления которого подключен аналоговый выход аналого-цифрового преобразователя, а к стробирующему входу — первый выход блока управления, второй выход которого подключен к входу установки в

"О" первого триггера, неинвертирующий выход которого соединен с вхо.— дом генератора импульсов, выход которого подсоединен к четвертому входу блока управления, к синхровходу аналого-цифрового преобразователя и к счетному входу счетчика, выход которого соединен с пятым входом блока управления, цифровой. выход аналого-цифрового преобразователя и выход буферного накопителя подсоединены соответственно к адресному и информационному входам первого коммутатора, выход которого подключен к первому информационному входу сумматора, второй информационный вход которого соединен с выходом второго коммутатора, вход управления которого подключен ко второму выходу блока управления, адресный вход — к цифровому выходу аналого-цифрового преобразователя, выходы сумматора соединены с информационныки входами блока элементов И и с информационными входами буферного накопителя, выход блока элементов И соединен с входом параллельного ввода регистра данных, входы чтения и записи буферного накопителя подключены соответственно к третьему и четвертому выходам блока управления, пятый выход которого подсоединен к входу последовательного ввода регистра сдвига, выход которого соединен с входом ввода уставки аналого-цифрового преобразователя,, а шестой и седьмой выходы блока управления подключены к управляющим

1145336 входам сумматора, причем седьмбй выход подсоединен к управляющему входу блока элементов И, восьмой выход блока управления подключен к управляющему входу первого коммутатора, другие 5 выходы регистра команд соединены с входами дешифратора команд, вьмоды регистра данных подключены к информационным входам второго коммутатора.

Причем блок управления содержит 10 третий триггер, первый и второй элементы задержки, с первого по шестой элементы И, неинвертирующий выход третьего триггера является первым и вторым выходами блока и соединен с 15 первыми входами первого, второго и третьего элементов И, выходы которых являются пятым, четвертым и шестым выходами блока, инвертирующий выход третьего триггера является вось- 20 мым выходом блока и подсоединен к ,первым входам четвертого и пятого элементов И, выходы которых являются третьим и седьмым выходами блока, вход установки в "1" третьего триггера подсоединен к выходу шестого элемента И, входы которого являются первым и третьим входами блока, вход установки в "0" третьего триггера является вторым входом блока, щ0 вход первого элемента задержки яв- ляется четвертым входом блока, выход подключен к второму входу первого элемента И, вторые входы второго и пятого элементов И соединены с вьжодом второго элемента задержки, который является вторым выходом бло- . ка, вход второго элемента задержки соединен со вторыми входами третьего и четвертого элементов И и является 40 .пятым входом блока.

Кроме того, аналого-цифровой преобразователь содержит компараторы, мультиплексор, регистр последовательных приближений и цифроаналого- вый преобразователь, выход которого является аналоговым выходом аналого" цифрового преобразователя и подключен к первым входам компараторов, вторые входы которых являются информационными входами аналого-цифрового преобразователя, один информационный вход мультиплексора, адресный вход мультиплексора, тактовый вход и выход регистра последовательных приближений являются входами ввода уставки, адресным.синхровходом и цифровым выходом аналого-цифрового преобразователя соответственно, выходы компараторов соединены с другими информационными входами мультиплексора, выход. которого подключен к информационному входу регистра последовательных приближений, выход.. которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя.

На чертеже представлена схема устройства, Схема содержит датчики 1 аналоговых сигналов, аналоговый коммутатор 2, блок 3 аналоговой памяти, компараторы 4, мультиплексор 5, регистр 6 последовательных приближений. Цифроаналоговый преобразователь

7, второй 8 и первый 9 коммутаторы, сумматор 10, блбк 11 элементов И, вход-выход 12 данных устройства, буферный накопитель 13, регистр 14 данных, регистр 15 сдвига, вход-выход 16 управления, регистр 17 команд, дешифратор 18 команд, шестой элемент И 19, третий триггер 20, дешифратор 21 команд, второй 22 и первый 23 триггеры, генератор 24 тактовых импульсов, счетчик 25 адреса, первый элемент задержки 26, первый элемент И 27, счетчик 28, третий и четвертый элементы И 29, 30, второй элемент задержки 31, второй элемент И 32, пятый элемент И 33 ° блок 34 управления, аналого-цифровой преобразователь 35.

Устройство работает следующим образом.

Для введения точного процесс измерения с учетом аддитивных погрешностей цикл обработки входной аналоговой информации осуществляется в два приема, которые обеспечиваются следующими основными режимами: тестовым и собственно измерением.

Тестовый режим предназначен для определения индивидуальных погрешностей каждого канала измерения и разделяется на два подрежима. Первый ,подрежим обеспечивает занесение кода эталонного значения в ЦАП и начинается с приема по входу-выходу 16 на регистр 17, в результате формируется сигнал "Прием кода" на регистры 14 и 15, на которые поступает эталонный код данньж. Следующая команда, принимаемая на регистр 17, расшифровывается дешифраторами 21 и устанавливает триггеры 23 и 22 в единичное состояние, а по совпадению сигналов на

336

7 1145 элементе И 19 триггер 20 также устанавливается в единичное состояние.

Код адреса направления, снимаемый с регистра 17, коммутирует на мультиплексоре 5 выход регистра 15, хранящего код эталонного значения, на вход "Данные" регистра 6. Переход триггера 23 в единичное состояние обеспечивает запуск генератора 24, импульсы с выхода которого через элемент 26 задержки поступают в открытый элемент И 27 и осуществляют сдвиг содержимого регистра 15. Таким образом код эталонного значения поразрядно через мультиплексор 5 поступает на регистр 6 последовательных приближений, где разворачивается и преобразуется ЦАП 7 в эталонный уровень напряжения, которое подается на входы аналогового комму- щ татора 2 и компараторов 4. Выполнение команды завершается по переполнению счетчика 28. Первый подрежим заканчивается подачей команды на регистр 17, обнуляющий счетчик 25 25 адреса и триггер 22. Второй тестовый подрежим обеспечивает вычисление индивидуальных погрешностей для каждого канала и начинается с приходом команды и адреса на регистр 17 усУ 30 танавливая триггеры 22, 23 в единичное состояние и увеличивает содержимое счетчика 25, обеспечивающего адресацию соответствующей ячейки памяти в накопителе 13.

Триггер 22 управляет режимом выборки-хранения блока 3 аналоговой памяти и обеспечивает фиксацию эталонного напряжения, поступающего с ЦАП 7 через коммутатор 2. Таким образом, напряжение ЦАП 7, соответствующее эквивалентному коду, фиксируется по всем датчикам. По очередному запуску генератора 24 начинается цикл преобразования (с помощью АЦП 35) напряжения первого канала. Цифровой эквивалент этого напряжения устанавливается на выходе регистра 6, эа время, необходимое для пересчета счетчика 28, а по. сигналу переполнения счетчика выполняется операция вычисления погрешности s сумматоре 10 с данными, поступающими иэ регистров 6 и 14 через коммутаторы 9 и 8. Результат операции через некоторое время, 55 обеспечиваемое элементом задержки 31, записывается в накопитель 13 (no импульсу с элемента И 32) в ячейку, адресуемую счетчиком 25. Таким образом, в первой ячейке накопителя записывается код рассогласования меж-. ду эталонным кодом, хранящимся в регистре 14, и кодом, полученным в результате преобразования на АЦП.

Этот код характеризует аддитивную погрешность индивидуального канала преобразователя (погрешность квантования, дрейф блока аналоговой памяти, погрешность компаратора и т.д,) за время, необходимое для измерения первого канала. Эта операция повторяется для всех остальных каналов и соответственно s ячейках накопителя

13 фиксирются значения поправочных коэффициентов, отражающих качество электронных узлов устройства.

В измерительном режиме, следующим за тестовым, с подачей команды, дешифрируемой в блоке 21, триггер 20 переводится в нулевое состояние, что означает изменение режима работы.

Далее повторяется последовательность действий, необходимая для запуска

АЦП на преобразование напряжения выбранного канала. Состояние триггера

20 в этом режиме обеспечивает чтение поправочного коэффициента на первой ячейке накопителя 13 после измерения первого канала и суммирования этих величин на сумматоре 10, результат с которого передается через блок элементов И 11 на вход-выход 12 °

Таким образом, устройство обеспечивает прецизионное измерение многоканальной информации с автоматической коррекцией аддитивной погрешности каждого канала преобразователя

Устройство обладает возможностями, позволяющими в любой момент времени фиксировать состояние всех датчиков, т.е. получать срез во времени многоканальной информации,,и осуществлять оперативный контроль работы каналов преобразователей на точность измерения.

Для достижения аналогичного эффекта в устройстве-прототипе необходимо использовать параллельно работающие аналого-цифровые преобразователи и-дополнительную аппаратуру.

Сравним эффективность двух вариантов через приведенные затраты на оборудование, необходимое для обеспечения одинаковых функциональных возможностей и заданной точности.

1145336

Затраты по базовому и предлагаемому вариантам могут быть оценены следующими величинами: с = с„+ c„+ с + c«

Сн = Ссм+ C> + С + ЗС„„<+ 2сс +

+ С ф + С р + С + Сщ+ Сф + С где !-4 - стоимость Одноканального аналого-цифрового преобразователя3

С вЂ” стоимость сумматора;

С„ — стоимость буферного накопи™ у !

С„ — стоимость блока управления;

С„ стоимость коммутатора;

С вЂ” стоимость счетчика!

-Gj — стоимость генератора;

С вЂ” стоимость регистра сдвига;

С „- стоимость регистра последовательных приближений;

С„ — стоимость компаратора;

С„ — стоимость мультиплексора; С вЂ” стоимость цифроаналогового

Ц нреобоазователя.

Если учесть, что С„ С + С„+

Ц

+ С, С !!!! С!! > С С н, Ск =

= С!, „, и исключить одинаковые час-,зО ти, то можно получить следующую оценку затрат на организацию вычислений но базовому и предлагаемому вариантам: = (и-1) (c„+ c,„„+ с,), 4С р + (И-1) С„+ С

Для сравнения приведенных выражений необходимо их привести к стоимости эквивалентного функционального элемента, например к стоимости триггера. Если разрядность данных - К, а И . — число каналов, то С = К ° Сг, тогда

С g = (И-1) (A + К A + К A + A) =

2A(N-1} (K+1), Сн= К А+ + 21og K+ 2A+ + (N-1)A + (N+1)A = 3KA + 2А +

:2AN + 2A log,К.

Эффективность предлагаемого варианта может быть оценена относительным коэффициентом

С@ 2Л ò--1) (K+1}

С„ 3KA + 2А + 2AN + 2А log К (N-1) (К+1)

У

-К+ 1+ N+ 10g2К что, например, при количестве кана.лов И = 1б и разрядности преобразования К = 12 дает значение коэффициента ас 5 и означает, что эффективность предлагаемого выше базового и растет с увеличением И по закону, определяемому выражением для Ас.

1145336

Г У

ВЯИНПИ Заказ 1173/36 Тираж 710 Поддксиое

Фиакаа HGO "Патеит", r.Óàãoðîä, уа.Проектам, 4