Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ВВОДА АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к информационно-вычислительной технике и может быть использовано в цифровых системах сбора и обработки данных, в том числе в аппаратуре с ограниченным доступом, например в автоматических космических аппаратах.

Известно устройство для ввода аналоговых сигналов (патент РФ №2012036, G06F 3/05), содержащее мультиплексор аналоговых сигналов, усилитель, блок выборки и хранения, дешифратор каналов, аналого-цифровой преобразователь, генератор импульсов, делитель частоты, счетчик, элемент ИЛИ, первый и второй элементы задержки и блок управления, содержащий приемный и передающий буферные регистры, регистр состояний и дешифратор адреса, формирователь сигналов коррекции, причем информационные входы мультиплексора аналоговых сигналов являются информационными входами устройства, выход мультиплексора аналоговых сигналов соединен с входом усилителя, выход которого соединен с информационным входом блока выборки и хранения, выход которого соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, информационные выходы которого соединены с информационными входами передающего буферного регистра, управляющий вход которого соединен с выходом конца преобразования аналого-цифрового преобразователя, выходы передающего буферного регистра соединены с входами приемного буферного регистра и являются входами-выходами устройства, выходы дешифратора адреса и дешифратора каналов являются адресными входами устройства, выходы дешифратора каналов соединены с управляющими входами мультиплексора аналоговых сигналов, информационный вход которого соединен с информационным выходом аналого-цифрового преобразователя, выход конца преобразования аналого-цифрового преобразователя через первый элемент задержки соединен с первым входом формирователя сигналов коррекции, выходы приемного буферного регистра соединены с входами предустановки делителя частоты, выход которого соединен с управляющим входом счетчика, первым входом элемента ИЛИ, управляющим входом аналого-цифрового преобразователя и вторым входом формирователя сигналов коррекции, информационные выходы счетчика соединены с информационными входами группы аналого-цифрового преобразователя, выход элемента ИЛИ соединен с управляющим входом блока выборки и хранения и через второй элемент задержки - с входом запуска аналого-цифрового преобразователя, выход переполнения счетчика соединен с третьим входом формирователя сигналов коррекции, выход дешифратора адреса соединен с четвертым входом формирователя сигналов коррекции и первым входом формирователя сигналов измерения, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, первый выход формирователя сигналов коррекции соединен с входом сброса регистра состояния, установочные входы которого объединены с входами приемного буферного регистра, первый выход регистра состояний соединен с вторым входом формирователя сигналов измерения и пятым входом формирователя сигналов коррекции, второй и третий выходы которого соединены с входами запуска и остановки генератора импульсов соответственно, выход которого соединен со счетными входами делителя частоты и счетчика, второй и третий выходы регистра состояний соединены с шестым и седьмым входами формирователя сигналов коррекции. Описанное устройство принято за прототип.

Данное устройство не обеспечивает фильтрацию помех и защиту от перенапряжения по аналоговым входам, а также в данном устройстве отсутствует самодиагностика, что не позволяет определить достоверность обрабатываемой аналоговой информации и температурный режим устройства.

Техническая задача: создание устройства ввода аналоговых сигналов, позволяющего достоверно преобразовывать аналоговые сигналы в двоичный код с учетом собственного состояния устройства.

Задача решается за счет того, что в устройство ввода аналоговых сигналов, содержащее мультиплексор аналоговых сигналов, усилитель, аналого-цифровой преобразователь и блок управления, содержащий передающий буферный регистр, регистр состояний и дешифратор адреса, введены входные фильтры со схемой защиты, источник контрольного напряжения, датчик температуры, устройство опроса состояния источников аналоговых сигналов, устройство обмена с вычислительным модулем (ВМ), а в блок управления введены формирователь временной диаграммы, формирователь импульсов опроса, регистр состояния источников аналоговых сигналов, при этом аналоговые входы входных фильтров со схемой защиты являются аналоговыми входами устройства, выходы входных фильтров со схемой защиты соединены с аналоговыми входами мультиплексора аналоговых сигналов, аналоговый выход источника контрольного напряжения и температурного датчика соединены с аналоговыми входами мультиплексора, выход усилителя соединен с аналоговым входом АЦП, выход конца преобразования АЦП соединен с входом формирователя временной диаграммы, выход формирователя импульсов опроса соединен с входом устройства опроса состояния источников аналоговых сигналов, входы устройства опроса состояния источников аналоговых сигналов являются информационными входами состояния источников аналоговых сигналов устройства, шина опроса состояния аналоговых датчиков является входными сигналами внешних датчиков состояния источников аналоговых сигналов, информационные выходы устройства опроса состояния источников аналоговых сигналов соединены с информационными входами регистра состояния источников аналоговых сигналов, управляющий вход которого соединен с выходом формирователя импульсов опроса, информационные выходы (Dc) формирователя временной диаграммы соединены с информационными входами регистра состояний, формирователь временной диаграммы своими выходами связан с входом формирователя импульсов опроса, с управляющими входами выбора канала мультиплексора, с управляющим входом запуска АЦП, с входом дешифратора адреса, с входом записи регистра состояний и соответствующими входами сигналов считывания передающего регистра (данных АЦП), регистра состояния источников аналоговых сигналов и регистра состояний, информационные выходы которых соединены с информационными входами устройства обмена с ВМ, выходы тактовой частоты F, сигнала СБРОС, сигнала записи RD устройства обмена с ВМ соединены с входами формирователя временной диаграммы, шина адреса устройства обмена с ВМ соединена с входом дешифратора адреса, выход которого соединен с входом формирователя временной диаграммы, выход формирователя импульсов сброса связан с входом устройства обмена с ВМ, вход-выход устройства обмена с ВМ является входом-выходом периферийного последовательного интерфейса устройства.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства ввода аналоговых сигналов. Устройство ввода аналоговых сигналов содержит входы аналоговых сигналов 1 устройства, датчик температуры 2, источник контрольного напряжения 3, входные фильтры 4 со схемой защиты, мультиплексор 5 аналоговых сигналов, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 6, усилитель 7, входы 8 с датчиков состояния источников аналоговых сигналов, шину опроса состояния аналоговых датчиков 9, устройство опроса состояния источников аналоговых сигналов 10, периферийный последовательный интерфейс 11 устройства, устройство 12 обмена с микроЭВМ (ВМ), блок управления 13, содержащий формирователь импульсов опроса 14, формирователь временной диаграммы 15, дешифратор адреса 16, передающий регистр (данных АЦП) 17, регистр состояния источников аналоговых сигналов 18 и регистр состояний 19, формирователь импульсов сброса 20.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Формирователь импульса сброса 20 по подаче напряжения питания на устройство ввода аналоговой информации формирует импульс Fпит для установки в исходное состояние устройства обмена 12 с ВМ и выдачи сигнала СБРОС с устройства обмена 12 с ВМ на формирователь временной диаграммы 15 для установки в исходное состояние блока управления 13. Сигнал СБРОС формируется устройством обмена 12 с ВМ также при поступлении сигнала СБРОС по последовательному периферийному интерфейсу 11.

Напряжение с аналоговых входов 1 устройства через входные фильтры 4 со схемой защиты поступают на мультиплексор 5 аналоговых сигналов, который обеспечивает поочередную коммутацию сигналов с входов аналоговых сигналов 1, с выхода источника контрольного напряжения 3, с выхода датчика температуры 2 на вход усилителя 7, с выхода которого аналоговое напряжение поступает на вход АЦП 6 с встроенным источником опорного напряжения и тактовым генератором. В качестве усилителя 7 применяется дифференциальный усилитель, обеспечивающий ослабление синфазных помех.

Формирователь временной диаграммы 15 блока управления 13 формирует временную диаграмму цикла последовательного преобразования напряжений в двоичный код, опроса состояния источников аналоговых сигналов по шине опроса состояния аналоговых датчиков 9, формирования признаков состояний внутренних параметров и записи полученных двоичных кодов аналоговых сигналов, информации о состоянии источников аналоговых сигналов и состоянии контролируемых внутренних параметров в соответствующие регистры. Тактовая частота F для формирования временной диаграммы поступает по периферийному последовательному интерфейсу 11 устройства и передается устройством 12 обмена с ВМ в формирователь временной диаграммы 15 блока управления 13.

Выбор канала преобразования осуществляется в соответствии с двоичным кодом, поступающим на мультиплексор 5 с формирователя временной диаграммы 15, который также формирует сигнал ЗАПУСК для АЦП 6. По сигналу конца преобразования (КП) с АЦП 6 данные записываются в буферный передающий регистр данных АЦП 17. По окончании преобразования аналоговых сигналов формирователь импульсов опроса 14 по сигналу с формирователя 15 временной диаграммы формирует импульсы опроса для устройства опроса состояния источников аналоговых сигналов 10. Устройство опроса состояния источников аналоговых сигналов 10 выдает сигналы по шине опроса состояния аналоговых датчиков 9 и принимает сигналы с входов 8 датчиков состояния источников аналоговых сигналов. Информация о состоянии аналоговых датчиков по сигналу с формирователя импульсов опроса 14 записывается в регистр состояния источников аналоговых сигналов 18. Формирователь временной диаграммы 15 осуществляет счет сигналов КП с АЦП 6, при отсутствии сигналов КП с АЦП 6 формирование признака отсутствия сигнала КП, формирование признака окончания опроса состояния источников аналоговых сигналов и запись двоичного кода количества сигналов КП, признака отсутствия сигнала КП, признака окончания опроса состояния источников аналоговых сигналов в регистр состояний 19. По окончании опроса состояния источников аналоговых сигналов формирователь временной диаграммы 15 формирует сигнал ГОТОВ для дешифратора адреса 16 о готовности данных для считывания.

Считывание информации с устройства ввода аналоговых сигналов производится по инициативе микроЭВМ при обращении по периферийному последовательному интерфейсу 11 устройства. При наличии с устройства 12 обмена с ВМ заданного кода по шине адреса А и наличии сигнала ГОТОВ дешифратор адреса 16 формирует сигнал РАЗРЕШ для формирователя временной диаграммы 15, разрешающий формирование соответствующих сигналов считывания для регистра состояний 19, регистра состояния источников аналоговых сигналов 18, передающего регистра (данных АЦП) 17, по сигналам считывания RD с устройства 12 обмена с ВМ. Считывание информации с регистра состояний 19, регистра состояния источников аналоговых сигналов 18, передающего регистра данных АЦП 17 производится по параллельной шине данных D в устройство 12 обмена с ВМ. Устройство 12 обмена с ВМ преобразует параллельный интерфейс в последовательный и передает информацию по периферийному последовательному интерфейсу 11 устройства в микроЭВМ.

По окончании считывания информации формирователь временной диаграммы 15 начинает новый цикл обновления информации в устройстве ввода аналоговых сигналов и снимает сигнал ГОТОВ с дешифратора адреса 16.

Наличие входных фильтров со схемой защиты обеспечивает для каждого аналогового сигнала подавление пульсаций и защиту от перегрузок по напряжению, возникающих во входах аналоговых сигналов. Наличие информации о внутренних параметрах, состоянии источников аналоговых сигналов, значении контрольного напряжения позволяет проводить самодиагностику устройства ввода аналоговых сигналов, тестирование тракта аналого-цифрового преобразования и определить достоверность обрабатываемой аналоговой информации.

Информация с датчика температуры, выходное напряжение которого изменяется пропорционально изменению температуры, позволяет контролировать температурный режим устройства.

Информация о значении контрольного напряжения и температуре устройства при необходимости позволяет корректировать значение контрольного напряжения, данные о напряжении на входах аналоговых сигналов.

Источник контрольного напряжения и датчик температуры выполнены на микросхеме REF43, мультиплексор аналоговых сигналов - на микросхеме 1127КН6, дифференциальный усилитель - на операционных усилителях 140УД17, аналого-цифровой преобразователь - на микросхеме AD574, устройство опроса состояния источников аналоговых сигналов - на транзисторах с трансформаторной гальванической развязкой, блок управления - на программируемой логической интегральной микросхеме (ПЛИС) RTSX72SU фирмы Actel, устройство обмена с ВМ - на микросхеме серии Н5503 на основе базового матричного кристалла (БМК) Н5503ХМ5.

Техническим результатом является то, что устройство ввода аналоговых сигналов, позволяет проводить самодиагностику устройства и достоверно преобразовывать аналоговые сигналы в двоичный код с учетом собственного состояния устройства.

Заявленное устройство позволяет обеспечить подавление пульсаций и синфазных помех входных аналоговых сигналов и обеспечить защиту от перегрузок по напряжению, возникающих на входах аналоговых сигналов, проводить тестирование тракта аналого-цифрового преобразования и контролировать температурный режим устройства и при необходимости корректировать значение контрольного напряжения и данные о напряжении на входах аналоговых сигналов.