Устройство для ввода информации

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И) gg 4 G 06 F 3/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

««

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЯАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1030790 (21) 3771640/24-24 (22) 18.07.84 (46) 07.01.86. Бюл. М -1 (71) Специальное проектно-конструкторское бюро средств автоматизации нефтедобычи и нефтехимии "Нефтехимпромавтоматика" (72) В.П. Бордыков (53) 621.328.21(088.8) ,(56) Авторское свидетельство СССР

N - 1030790, кл. G 06 F 3/02, 1983. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА ИНФОРМАЦИИ по авт.св. У 1030790, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения его быстродействия, в него введены формирователь импульсов, триггер, третий элемент И, первый и второй элементы ИЛИ, первый дополнительный вход блока управления является информационным входом устройства, второй дополнительный вход соединен с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ и является диагностическим входом устройства, третий дополнительный вход блока управления подключен к выходу второго элемента ИЛИ, восьмой выход блока управления подключен к второму входу первого элемента ИЛИ, девятый выход — к третьему входу первого элемента ИЛИ и является управляющим выходом устройства, вход формирователя импульсов является тактовым Вхо дом устройства, а выход подключен к первому входу триггера и к первому входу третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом триггера, второй вход триггера подсоединен к выходу элемента ИЛИ, выход третьего элемента И соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, третий вход которого является входом сброса устройства.

1203503

Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено для ввода информации и является усовершенствованием устройства по авт.св.

N- 1030790.

Цель изобретения — повышение быстродействия устройства.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для ввода информации; на фиг. У вЂ” функциональ ная схема блока управления, на фиг.

3 — временные диаграммы работы устройства; на фиг. 4 и 5 — схема сенсорного ключа, варианты исполнения, на фиг. б — схемы начальной установки.

Устройство (фиг. 1) содержит сенсорные ключи 1 первой группы, сенсорные ключи ? второй группы, пер— вый коммутатор 3, второй коммутатор

4, дешифратор 5, блок 6 управления, первый элемент И 7, элемент И 8, первый счетчик 9, второй счетчик 10, регистр 11, формирователь 12 импульсов, триггер 13, третий элемент И 14, первый элемент ИЛИ 15, второй элемент

ИЛИ 16, схему 17 .=ачальной установки, диагностический вход 18 усгройства, тактовый вход 19 устройства, управляющий вход 20, информационный вхоц

21 устройства.

Блок 6 управления (фиг. 2) содержит генератор 22 импульсов, элемент

НЕ 23, триггер 24, элементы И 25-29, элемент ИЛИ 30, триггеры 31 и 32, регистр 33 сдвига, дифференцирующую цепь 34, элементы ИЛИ 35 и 36, элементы И 37-40, триггеры 41-43, входы 44-47 блока управления, выходы

48-56, выходы 57-59 регистра 33 сдвига.

Сенсорный ключ (фиг. 4) содержит полупроводниковый диод 60, конденсатор 61, повторитель 62 напряжения с большим входным сопротивлением, например КМПП-ключ, резистор 63, входы 64-66 сенсорного. ключа, выход 67.

Другой вариант сенсорного ключа (фиг. 5) содержит полупроводниковый диод 68, конденсатор 69, повторитель

70 с большим входным сопротивлением. резистор 71, входы 72-75, выход 76 сенсорного ключа.

Схема начальной установки (фиг,б) содержит полупроводниковый диод 77, резистор 78, конденсатор 79, пороговый элемент 80, например триггер

И1митта, вход 81 напряжения питания, выход 82 схемы начальной установки.

Устройство работает следующим образом.

5 При включении напряжения-питания схема 17 начальной установки вырабатывает импульс, который через элемент

ИЛИ 16 поступает на вход 46 и далее на установочные входы регистра 33

10 сдвига, триггера 32 и триггера 31 и через элемент ИЛИ 36 на вход триггера 43.

Триггеры 31, 32 и 43 устанавливаются (или подтверждаются) в нулевые

15 состояния. Регистр 33 сдвига устанавливается в следующее состояние: на выходе 57 появляется логическая единица, а на выходах 58 и 59 — логические нули. 1то можно осуществить, ?О подключив выход 57 к инверсному вь,— ходу первого триггера, входящего в состав регистра 33 сдвига, или подавая сигнал установки его в исходное состояние на другой вход, по срав25 пению с остальными триггерами из состава регистра 33 сдвига. Дру гой вход регистра 33 сдвига является его тактовым (сдвигающим) входом, причем срабатывание происходит по

30 заднему фронту входных импульсов.

На информационный вход для ввода последе=ательной информации (не показан} подан постоянно уровень логи ecкого нуля, поэтому после каж— дого входного сигнала на выходе 57 будет уровень логического нуля.

Нулевой уровень на прямом выходе триггера 31 запрещает прохождение импульсов через элемент И 28 и устанавливает на его выходе и на выходе

48 уровень логического нуля, а единичный уровень на инверсном выходе триггера 31 устанавливает на выходе элемента ИЛИ 30 уровень логической единицы, запрещая тем самым прохождение через него импульсов с выхода элемента И 26. Первые два вхо— да триггеров 31 и 32 являются динамическими Т-, К-входами, а третий их вход — статическим R-входом. На остальные, неиспользуемые, входы (при их наличии) триггеров, а также дру— гих элементов поданы нейтральные уровни, например уровень логической

55 единицы, которые не влияют íà работу этих элементов.

Триггер 24 работает в счетном режиме, т.е. каждый импульс с вы1203503

25 хода элемента НЕ 23 меняет состояние триггера 24 на противоположное (фиг.3)

Положительные потенциалы с прямого и инверсного выходов триггера 24 дают попеременное разрешение на прохождение сигналов соответственно через элемeíòû И 25 и 26. Сигнал на выходе элемента И 27 появляется со сдвигом по отношению к сигналу на выходе элемента И 26 на величину длительности импульса. На выходах элементов И 25-27 формируются непересекающиеся последовательности импульсов, длительность которых равна дли" тельности сигналов с выхода генератора 22.

Высокий уровень с первого выхода (шина 57) регистра 33 сдвига через элемент ИЛИ 35 поступает на выход

52 и на выход элемента И 37, разрешая прохождение импульсов с выхода элемента И 27 через элемент И 37 и далее, через элемент И 38 на выход

53, при условии, что триггер 41 находится в единичном (разрешающем) состоянии. Если триггер 41 находится в нулевом (запрещающем) состоянии, то первый импульс с выхода элемента

И 37 не про".содит на выход элемента

И 38, но своим задним фронтом переводит триггер 41 в единичное состояние. Все остальные импульсы проходят на выход элемента И 38, так как они подтверждают единичное состояние триггера 41.

В качестве триггеров 4 1 и 42, а также триггеров 31 и 32 можно применять асинхронные 7.К-триггеры. Первые входы триггеров 41 и 42 будут 1-входами, а входы, соединенные с выходом дифференцирующей цепи 34, могут быть как К-входами, так и R-входами, т.е. статическими. На остальные, неиспользуемые, входы (при их наличии) поданы нейтральные уровни, не влияющие на работу. Нулевой потенциал на выходе 59 запрещает прохождение импульсов через элемент И 39 на вход элемента И 40 и далее на выход 55.

Таким образом, в исходном состоянии, после включения напряжения питания, на первом выходе 55 блока 6 управления отсутствуют импульсы,на втором выходе 53 присутствует после1 довательность импульсов, на третьем выходе 51 — нейтральный (например, уровень логического нуля) уровень, ка четвертом выходе 49 — уровень

/

55 логичЕскоц единицы, .на пятом выходе

48 — уровень логичесKorc куля, ка шестом выходе 64 — уровень логической единицы, ка седьмом выходе 52 уровень логического нуля, ка восьмом выходе 56 — уровень логического нуля и на девятом выходе 50 блока 6 управления отсутствуют импульсы.

На вход 19 устройства поступают тактовые импульсы (ТИ) и воздействуют на вход формирователя 12 импульсов, с выхода которого достаточно узкие импульсы поступают на первый вход триггера 13 и первый вход элемента И 14. Длительность импульсов с выхода формирователя 12 выбирается минимально возможной с учетом стабильной работы применяемой элементной базы (типов микросхем). При кахождении триггера 13 в единичном (разрешающем) состоянии импульсы с выхода формирователя 12 проходят через элемент И 14 и далее через элемент ИЛИ 16 на третий вход блока б управления (вход 46). Эта последовательность импульсов подтверждает исходные состоячия регистра 33 сдвига, триггеров 31 и 32 и через элемент ИЛИ 36 состояние триггера 43.

IIpv поступлении импульса с выхода элемента ИЛИ 15 ка второй (потенциальный) вход триггера 13 последний переходит в запрещающее (нулевое) состояние. Следующий по времени импульс с выхода формирователя 12 ке проходит на выход элемента И 14, ко своим задним фронтом, воздействуя на первый (динамический) вход триггера 13, переводит его в разрешающее состояние. В качестве первого входа можно использовать 1-вход асинхронного JK-триггера, а в качестве входа — Й-вход. На остальные, неиспользуемые, входы должны быть поданы нейтральные потенциалы, не изменяющие состояния триггера. Последовательность импульсов с второго выхода блока 6 управления (выход 53) поступает на счетный вход счетчика

10, последовательно изменяя его состояние. Выходной код счетчика 10 поступает на адресные входы коммутатора 4, который производит последовательное подключение выходов сенсорных ключей 2 к своему выходу, соединенному с входом элемента И 8.

Чтобы исключить влияние выходного кода регистра 11 на код счетчика 10,.

1203503 выходы которых объединены, можно, например, в качестве выходных элементов счетчика 10 и регистра 11 применить ключи с открытым коллекторным выходом или использовать шинные уси-. лители с тремя состояниями (" Ноль", "Единица", "Обрыв" ). Тогда с помощью потенциалов с выходов 48 и 49 блока 6 управления, «которые будут 10 подаваться соответственно на разрешающие входы выходных элементов счетчика 10 и регистра 11, можно управлять выдачей информации в магистральные шины, разделяя ее во времени. 15

Матричная структура подключения первых входов сенсорных ключей 1 и 2 позволяет оператору при обращении к устройству воздействовать на два сенсорных ключа, принадлежащих двум 20 группам. Сначала определяется номер сенсорного ключа 2 во второй группе.

В момент равенства кода счетчика 10 номеру сработавшего сенсорного ключа 2 его выход через коммутатор 4 25 оказывается подключенным к входу элемента И 8, на другой вход которого подается разрешающий потенциал с выхода 52. Поэтому сигнал с выхода элемента И 8 поступает на первый вход Зо блока 6 управления. Объединение вы— кодов элементов И 8 и 7 можно допус— кать также при использовании ключей с открытым коллекторным выходом или шинным усилителем с тремя состояниями.

На элементе И 29 происходит совпадение сигнала с выхода элемента

И 8 с выходными импульсами элемента

И 26. В зависимости от того, в какой момент времени срабатывает сенсорный ключ 2, длительность импульса на выходе элемента И 29 может меняться, не превышая длительности импульса с выхода элемента И 26. Если, напри45 мер, сенсорный ключ 2 срабатывает в момент времени вблизи окончания очередного импульса с выхода элемента И 26, то результирующий импульс на выходе элемента И 29 оказывается предельно коротким. В связи с этим, если соединить выход элемента И 29 с входом регистра 33 сдвига, кото- рый, в сущности, подключен сразу к всем входам триггеров, входящих в со- став регистра сдвига, возможно срабатывание только некоторых триггеров и несрабатывание триггеров из состава регистра ЗЗ сдвига ввиду большого допускаемого разброса частотных (импульсных) параметров отдельных эле— ментов. Это привело бы к снижению надежности работы устройства. Если применить обычные синхронизаторы, выполненные на триггерах и элементах

И, то для них характерно то, что выходной импульс смещен по отношению к входному на величину, большую периода тактовой частоты. Поэтому возможна такая ситуация, что в момент появления импульса с выхода синхронизатора счетчик 10 или 9 уже изменя- ет свое состояние, т.е. и в этом случае надежность работы устройства невысока.

Импульс с выхода элемента И 29 иэменяет состояние триггера 32, который возвращается s исходное состояние по следующему импульсу с выхода генератора 22 (фиг. 3). Если импульс с выхода элемента И 29 оказывается очень коротким, то триггер 32 не изменяет своего состояния и ситуация псвторяется через время, необходимое счетчику 10 для возврата в прежнее состояние, так как сенсорный ключ 2 находит-, ся в активном состоянии достаточно длительное время.

Разделение во времени импульсов с выходов элементов И 26 и 27 да— ет возможность исключить влияние собственных задержек счетчиков и коммутаторов, а также влияние переходных процессов в них, в момечт действия которых возможны ложные переключения, что позволит повысить тактовую частоту устройства, а значит, и его быстродействие, а также повысить помехоустойчивость устройства к влиянию переходных процессов, т.е. повысить надежность работы.

Выходной импульс триггера 32, который формируется непосредственно за выходным импульсом элемента И 29, изменяет состояние регистра 33 сдвига. На выходе 57 появляется нулевой уровень, на выходе 58 — единичный, на выходе 59 — нулевой уровень, в момент смены уровня на выходе 57 дифференцирующая цепь 34 формирует импульс, который устанавливает счетчики 9 и 10 и триггеры 41 и 42 в нулевое состояние ° Далее процесс повторяется. Если первый сигнал обусловлен влиянием помех, то второго сиг1203 (r 3

35 нала не будет и импульсы с выхода формирователя 12 приведут устройство в исходное состояние.

Одновременно импульс с выхода элемента И 29 через элемент ИЛИ 15 поступает на второй вход триггера 13 и переводит его в запрещающее состояние, поэтому следующий импульс с выхода формирователя .2 не проходит через элементы И 14 и ИЛИ 16 на установочный вход регистра 33 сдвига.

Второй импульс, поступающий на вход регистра 33 сдвига, снова изме- няет его состояние. Единичный уровень находится только на выходе 59, и счет .ые импульсы поступают на вход счетчика 9, Если и второй импульс вызван действием помехи, то не должно быть третьего импульса, и устройство импульсом с выхода элемента

ИЛИ 16 снова переходит в исходное . состояние.

Определение номера сенсорного ключа во второй группе заканчивается при появлении второго импульса на входе регистра 33 сдвига. Единичный уровень находится только на выходе

59 и тактовые импульсы поступают на вход счетчика 9. Таким образом, определение номера сенсорного ключа в первой группе происходит во время работы счетчика 9, выходы которого подключены к адресным входам коммутатора 3. Последний последовательно подключает выходы сенсорных ключей 1 к входу элемента И 7, на второй выход которого подан разрешающий потенциал.

При совпадении кода счетчика 9 с номером сработавшего сенсорного ключа на первом входе блока 6 управления появляется импульс, вследствие чего регистр 33 сдвига снова изменяет свое состояние, На всех выходах регистра

33 сдвига — нулевые потенциалы. При :мене потенциала на выходе 59 триггер 43 переходит в единичное состояние, что сигнализирует об окончании формирования кода в счетчиках

9 и 10. Единичный уровень с выхода триггера 43, наряду с поступлением

его на вход 20, поступает через элемент ИЛИ 15 на вход триггера 13. Поскольку статический вход триггера

13 должен иметь преимущество по сравнению с первым динамическим входом, то триггер 13 будет находиться в запрещающем состоянии все время, пока триггер 43 находи гся в единичном состоянии.

При считывании кода .с выхода счетчиков 9 и 10 внешним устройством, например ЭВМ, последнее подает импульс на третий дополнительный вход устройства "Ввод информации" (вход 21), который, поступая на вход 47, через элемент ИЛИ 36 переводит триггер 43 в исходное нулевое состояние, которое снимает свой запрет с триггера

13. Если процесс ввода информации в ЭВМ произошел достаточно быстро и оператор все еще касается входов сенсорных ключей 1 и 2, то на выходе элемента И 29 присутствует пос ледовательность импульсов, которая, с одной стороны, через триггер 32 подтверждает состояние регистра 33 сдвига, а с другой — через элемент

ИЛИ 15 воздействует на вход триггера 13, систематически переводя его (или утодтверждая) в запрещающее состояние. При снятии обращения опера-, тором к сенсорным ключам 1 и 2 имг. льсы с выхода элемента И 29 перестают поступать. на вход триггера 13, следующий за этим импульс с выхода формирователя 12 своим задним фронтом переводит триггер 13 в разрешающее (единичное)состояние,пропуская остальные импульсы через элементы И 14 и

ИЛИ 1 на третий вход блока 6 управления (вход 46). Устройство переходит в исходное состояние и готово к формированию кодов новых сработавших сенсорных ключей.

Необходимость введения триггеров

41 и 42 и элементов И 38 и 40 обусловлено следующими причинами. Допустим, срабатывают сенсорные ключи 1 и 2, номера которых должны соответствовать нулевым кодам счетчиков 9 и 10.

Эта ситуация изображена на временных циаграммах (фиг. 3). После выхода первого импульса на вход регистра 33 сдвига (или на вход триггера 32) триггеры 41 и 42 и счетчики 5 и 6 находятся в нулевом состоянии, Следующий за этим импульс с выхода элемента И 27 цолжен проходить через элемент И 3?.

В случае отсутствия триггера 41 элемент И 38.этот импульс пропустил бы на вход счетчика 10 и изменил бы его состояние, т.е. код счетчика 10 стал бы неправильным. Реально этот импульс не проходит через элемент И 38, а своим задним фронтом возвращает триг1203503

10 нуля, нс приводит к существенньп< отличиям в работе устройства..

В предлагаемом устройстве также реализован дополнительный режим работы для контроля его работоспособности. Для перевода устройства в этот режим на вход 18 подается импульс (фиг. 3) и одновременно в регистр 11 по eãо информационным вхоцам ==писывается первый проверяемый код. Импульс. подаваемый на вход 18, через эгемент ИЛИ 16 приводит устройство (или подтверждает) в исходное

cooòoÿHèe, через элемент ИЛИ 15 он переводит триггер 13 в запрещающее состояние и, поступая на второй вход блока 6 управления, переводит триггер

31 в единичное состояние, снимая запреты с входов элементов И 28 и

ИЛИ 30.

В такт с импульсами с пятого выхода блока 6 управления код с выхода регистра 11 поступает на адресные входы дешифратора 5. Стробирование дешифратора 5 также проискодит этими сигналами. Поэтому на со-е

- Ф зтветствующем выходе дешифратора 5 nol является последовательность кмпуль20

: ов,, подаваемая на вторые входы двуз

-сенсорных ключей из первой и иэ вто»ой группы, номера которых равны коду в регистре 11. Происходит имитатщя

:<асания определенного контакта.

Импульсы, поступающие на вход 65

"енсорного ключа 1, через полупроводниковый диод 60 заряжают конденсатор 61 до напряжения, необходимого для срабатывания повторителя 62 напряжения. Параметры цепи заряда кон- 55 .ценсатора 62 выбираются таким образом, чтобы он не успевал разрядиться между импульсами заряда. Полупроводгер ч1 в единичное состояние, т.е. код в счетчике 10 остается нулевым, Далее поступает второй импульс на вход регистра 33 сдвига и дает разрешение на выход 59. В случае отсутствия триггера ч2 и элемента И 40 следующий за этим импульс с выхода элемента И 27 прошел бы на вход счетчика 9 и изменил бы его состояние.

И в этом случае результирующий код 10 был бы неправильным. Поглощение одного импульса триггером ч2 и элементом

И,0 приводит к тому, что код в счетчике "= ocTaeTch нулевым, Поглощение импульсов указанными 15 элементами при кодах„ отличных от никовый диод 60 необходим для предотвращения разряда конденсатора через выходные элементы дешифратора 5.

Резистор 63 обеспечивает подачу необходимого напряжения для фиксации положения рабочей точки повторителя

62 напряжения, Коц с выхода счетчика 10 поступает на адресные входы коммутатора 4 в такт с сигналами с четвертого выхода блока 6 управления, которые не пересекаются во времени с другой последовательностью импульсов. Поэтому в счетчиках 10 и 9 формируется код сенсорных элементов 1 и 2,, на ко орые подавалась последовательность импульсов с выхода дешифратора 5, Переход триггера 43 в единичное состояние вызывает переход триггера 31 в нулевое (запрещающее) состоянио, прекращая тем самым формирование импульсов на выходах элементов И 28 и ИЛИ 30.

Далее записывается новый код в регистр 11 и подается новьп". импульс на вход 18. Количество записей новых кодов в регистр 11 не превышает количества сенсорных элементов в одной из групп. Процесс заканчивается при полном контроле всего устройства, Срав- . нение принимаемого и выдаваемых кодов и принятие решения о исправности или неисправности устройства происходит в отдельном устройстве.

Отличие работы сенсорного ключа, изображеиного на фиг. 4, от сенсорного. ключа, изображенного на фиг. 5, состоит в следующем. Первый ключ срабатьгвает за счет наводок сетевого напряжения в операторе, который касается входа этого ключа. Поэтому на выходе этого ключа будут формироваться импульсы с частотой 50 Гц. Длительность каждого импульса примерно 10 мс, что вполне достаточно для формирования выходного кода. Второй вариант ключа срабатывает при замьп<ании оператором входов 72 и 75, вследствие чего через оператора напряжение смещения 13, поступит на вход повторите.пя 70 напряжения. В остальном работа этих ключей эквивалентна, Сенсорные ключи должны срабатывать при подаче на их входы сигналов с положительным уровнем. При работе с сигналами другого уровня полярность включения полупроводниковых диодов

12035 и полярность напряжений смещения меняются на противоположные.

Схема 17 начальной установки работает следующим образом. При включении напряжения питания конденсатор 79

5 начинает медленно заряжаться через резистор 78 до порога срабатывания порогового элемента, на выходе которого пока присутствует единичный уровень, который через элемент ИЛИ 1б 10 устанавливает устройство в исходное состояние ° При срабатывании порогово""о элемента потенциал на его выходе

О l2 становится нулевым и не глияет больше на работу устройства. Полупроводниковый диод 77 необходим для быстрого разряда конденсатора при включении напряжения питания.

Преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с. известным является повышение удобства работы оператора и оперативность ввода информации за счет отсутствия специальной кнопки для установки его в исходное состояние.

1203503

+ 75 О

Фиг. Ф

ВНИИПИ Заказ 8417/51 Тираж 709 Подписное

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