Универсальный модуль обмена аналоговыми сигналами
Полезная модель относится к устройствам приема, контроля и выдачи аналоговой информации и предназначена для сопряжения канала релейного обмена с шиной ISA в магистрально-модульных управляющих системах.
Особенностями модуля является включение в оборудование непрерывного контроля параметров блока установки временного интервала нахождения параметра не в норме, а также включение в модуль узла коммутации адреса и номера прерывания. Это обеспечивает работу модуля с различными вычислителями и контроллерами по шине ISA, а также возможность управления и непрерывного контроля параметров исполнительных механизмов различных типов.
Модуль выполнен на основе современной элементной базы с использованием программируемой логической интегральной схемы 1 п.ф., 1 илл.
Заявляемая полезная модель относится к устройствам приема, контроля и выдачи аналоговой информации и предназначена для сопряжения канала релейного обмена с шиной ISA в магистрально-модульных управляющих системах.
Известны модули с системной шиной ISA, используемые в моделях ЭВМ серии «Багет», например модуль интерфейса дискретных сигналов [1].
Модуль обеспечивает прием шестнадцати входных и выдачу шестнадцати выходных дискретных сигналов уровня ТТЛ с оптронной гальванической развязкой. Длительность выходных дискретных сигналов формируется программно. Недостатком данного модуля являются ограниченные коммутационные возможности.
Известен также модуль-контроллер обмена аналоговыми сигналами [2], содержащий первый и второй блок оптоэлектронной развязки, первый и второй узел электромеханических реле, первый и второй блок управляющих триггеров и электронных ключей, блок адресных регистров, дешифратор адреса, селектор приема, мультиплексор, шину ISA.
Данное устройство обеспечивает прием и выдачу релейных сигналов для объектов управления по межмодульному параллельному интерфейсу шины ISA. Недостатком указанного устройства является отсутствие контроля входных параметров объекта управления.
Наиболее близким по технической сущности аналогом (прототипом) к заявляемой полезной модели является модуль обмена аналоговыми сигналами с контролем параметров [3], содержащий первый и второй блок оптоэлектронной развязки, узел электромеханических реле, блок управляющих триггеров и электронных ключей, блок управляющих регистров, блок непрерывного контроля, блок аварийного сброса, блок прерываний, блок адресных регистров, дешифратор адреса, мультиплексор, шину ISA.
Данное устройство обеспечивает прием и выдачу релейных сигналов для объектов управления по межмодульному параллельному интерфейсу шины ISA, а также непрерывный контроль входных параметров от сигнализаторов исполнительных механизмов и прерывание обмена с объектом управления в случае отклонения параметров от нормы.
Недостатками указанного устройства являются:
- использование фиксированных адресов портов ввода-вывода модуля и номера линии прерывания при работе с шиной ISA, что ограничивает возможность совместного использования модуля с другими модулями-контроллерами;
- отсутствие возможности установки переменного временного интервала нахождения значений контролируемых входных параметров объектов управления не в норме, что не позволяет осуществлять контроль параметров для объектов различных типов.
Вышеуказанные недостатки значительно сужают функциональные возможности устройства.
Технической задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей модуля обмена аналоговыми сигналами с контролем параметров.
Указанная задача решается за счет того, что в модуль обмена аналоговыми сигналами, содержащий первый-второй блоки оптоэлектронной развязки (ОЭР1 и ОЭР2), соединенные внешними входами с сигнализаторами исполнительных механизмов, узел электромеханических реле (УЭР), блок непрерывного контроля (БНК), а также, объединенные через шину ISA: блок управляющих регистров, включающий в себя регистр включения блока непрерывного контроля и регистр разрешения прерывания, блок управляющих триггеров и ключей, блок прерываний, блок адресных регистров, дешифратор адреса (ДША) и узел мультиплексирования, дополнительно введены блок коммутации адресов и номера прерываний и блок отсчета временного интервала, причем входы блока коммутации адресов и номера прерывания соединены с коммутационными входами модуля, а выходы с установочными входами блока прерываний и дешифратора адреса соответственно, вход блока отсчета временного интервала соединен с выходом блока непрерывного контроля, а выход - со входом блока прерываний, в состав блока управляющих регистров введен регистр установки временного интервала, причем его входы соединены с выходом дешифратора адреса и шиной ISA соответственно, а выход - с управляющим входом блока отсчета временного интервала.
Введение блока коммутации адреса и номера прерывания обеспечивает возможность изменения адресного пространства и номера прерывания модуля при работе с различными вычислителями и контроллерами по шине ISA. Введение блока отсчета временного интервала и регистра установки временного интервала обеспечивает возможность непрерывного контроля входных параметров с заданием переменного интервала времени нахождения каждого параметра не в норме. Это позволяет проводить контроль параметров для различных типов исполнительных механизмов.
Введение вышеуказанных блоков и организация новых связей позволило создать эффективную структуру модуля-контроллера обмена аналоговыми сигналами с контролем параметров с широкими функциональными возможностями.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором блоки и узлы имеют следующее обозначение:
1 - первый блок оптоэлектронной развязки (ОЭР1);
2 - второй блок оптоэлектронной развязки (ОЭР2);
3 - узел электромеханических реле (УЭР);
4 - блок управляющих регистров;
5 - регистр включения блока непрерывного контроля (Рг Вкл БНК);
6 - регистр установки временного интервала (Рг Уст «t»);
7 - регистр разрешения прерываний (Рг IRQ);
8 - блок непрерывного контроля (БНК);
9 - блок управляющих триггеров и электронных ключей;
10 - блок отсчета времени;
11 - блок разрешения прерываний;
12 - блок коммутации адресов и номера прерывания;
13 - блок адресных регистров;
14 - дешифратор адреса (ДША);
15 - узел мультиплексирования;
16 - шина ISA;
17 - первая группа входных сигналов;
18 - вторая группа входных сигналов;
19 - коммутационные входы модуля;
20 - выходные сигналы.
Согласно чертежа, в универсальном модуле обмена аналоговыми сигналами, группы внешних входных связей 17 и 18 через блоки ОЭР1 и ОЭР2 соединены с первым и вторым входами узла мультиплексирования 15 и БНК 8, соединенного управляющим входом с регистром включения блока непрерывного контроля 5, а выходом - с блоком отсчета «t» 10, управляющий вход которого соединен выходом регистра установки временного интервала 6, а выход - со входом блока прерываний 11, управляющий вход которого соединен с регистром разрешения прерываний 7, второй выход БНК 8 соединен с третьим входом узла мультиплексирования 15, соединенного через шину ISA 16 с блоком управляющих триггеров и электронных ключей 9, с блоком адресных регистров 13, с блоком управляющих регистров 4, блоком прерываний 11 и ДША 14, выход которого последовательно соединен с блоком управляющих регистров 4 и блоком адресных регистров 13, соединенным первым выходом с узлом мультиплексирования 15, а вторым - с блоком управляющих триггеров и электронных ключей 9, группа выходов которого соединена с УЭР 3, имеющим группу внешних выходных связей 20 с исполнительными механизмами и группу обратных связей с узлом мультиплексирования 15, вход блока коммутации адреса и номера прерывания 12 соединен с коммутационными входами модуля, а выходы, соответственно, с установочными входами блока прерываний 11 и ДША 14.
Работа модуля обмена аналоговыми сигналами основана на принципе программно-управляемого обмена информацией по стандартной шине персональной ЭВМ - шине ISA 16 и обеспечивает выполнение следующих операций:
- прием и выдачу релейных сигналов управления исполнительными механизмами;
- прием от сигнализаторов исполнительных механизмов сигналов, подлежащих непрерывному контролю;
- прерывание выполнения управляющей программы в случае отклонения контролируемых параметров от нормы.
Для организации релейного обмена ввода-вывода используются восьмиразрядные порты с адресами: 10У(Н), 10У+1(Н) и 10У+2(Н). Здесь У - младшая шестнадцатиричная цифра адреса, которая устанавливается в блоке 12 в зависимости от подачи постоянных уровней напряжения на коммутационные входы модуля. У может принимать значения: 0; 4, 8, С (Н). При дальнейшем описании работы модуля будем для определенности принимать У равную 0.
Порты 100(H) и 101(H) предназначены для установки адреса в блок адресных регистров 13. Порт 102(H) предназначен для ввода и вывода информации по адресам, установленным в блоке адресных регистров 13. Для выдачи управляющих релейных сигналов исполнительным механизмам, в дешифраторе адреса 14 дешифрируется байт данных порта 100(H) и младший бит данных порта 101(H) и в блоке адресных регистров 13 устанавливается адрес. Далее, в зависимости от значения младшего разряда порта 102(H), в блоке управляющих триггеров и электронных ключей 9 устанавливаются, согласно адресам блока адресных регистров 13, соответствующие триггера и электронные ключи в нулевое или единичное состояние. При этом, через узел мультиплексирования 15 состояние триггеров считывается в шину ISA 16.
Работой исполнительных механизмов объекта управления в блоке 9 управляют триггеры с адресами с 01 по 28 (шестнадцатиричными). В рабочем режиме модуля в узле электромеханических реле 3 электронные ключи блока 9 коммутируют соответствующие реле, что обеспечивает наличие выходных релейных сигналов на выходе 20. При этом, по цепям обратной связи в узел мультиплексирования 15 поступает сигнал с выхода реле в нулевой разряд порта 102 (Н) и считывается в шину ISA 16.
Входные релейные сигналы 17 через первый блок оптоэлектронной развязки 1 и узел мультиплексирования 15 поступают в нулевой разряд порта 102(H) и считываются в шину ISA 16 по адресу, установленному в блоке адресных регистров 13 через порты 100(Н) и 101(H).
Входные сигналы от исполнительных механизмов, подлежащие непрерывному контролю и поступающие на входы 18, имеют адреса с 80 по 9F (шестнадцатиричные). Организацию работы схемы контроля осуществляет блок управляющих регистров 4 в составе:
- регистр включения БНК 5;
- регистр установки «t» 6;
- регистр разрешения прерываний 7.
Для включения непрерывного контроля параметров исполнительных механизмов в соответствующие биты восьмиразрядного регистра включения БНК 5, имеющего адрес 1FO, записываются единичные значения с помощью портов 100(Н), 101(Н) и 102(H).
Контроль каждого параметра включается отдельным битом регистра, при этом возможен одновременный контроль всех параметров. При включенном непрерывном контроле параметра и появлении на соответствующем входе 18, напряжения сигнализирующего о недопустимой величине параметра, устанавливается единичное значение на выходе второго блока оптоэлектронной развязки 2, которое разрешает запуск счетчика в блоке непрерывного контроля 9. Если за время счета напряжение на входе 18 сохраняет свое значение, то значение счетчика поступает на вход блока отсчета 10, где сравнивается со значением временного интервала, установленного в блоке 10 из регистра установки «t» 6 блока управляющих регистров 4, при равенстве значений, формируется обобщенный сигнал наличия прерывания на выходе блока 10, который поступает в блок прерываний 11. Если разряд регистра разрешения прерываний 7, имеющего адрес 1F3 установлен в единичное значение, то в блоке прерываний 11 формируется сигнал прерывания IRQ. Данный сигнал, в зависимости от скоммутированного в блоке 12 номера прерывания, с выхода блока прерываний 11 поступает на соответствующую линию в шину ISA 16.
Источники информации:
1. Каталог КБ «Корунд-М» издание 3, «Электронные модули с шиной ISA», стр.26.
2. Патент на ПМ РФ 
51767, МПК G06F 15/00.
3. Патент на ПМ РФ 71788, МПК G06F 15/00.
Модуль обмена аналоговыми сигналами, содержащий первый-второй блоки оптоэлектронной развязки, соединенные внешними входами с сигнализаторами исполнительных механизмов, узел электромеханических реле, блок непрерывного контроля, а также объединенные через шину ISA: блок управляющих регистров, включающий в себя регистр включения блока непрерывного контроля и регистр разрешения прерывания, блок управляющих триггеров и ключей, блок прерываний, блок адресных регистров, дешифратор адреса и узел мультиплексирования, отличающийся тем, что в модуль дополнительно введены блок коммутации адресов и номера прерываний и блок отсчета временного интервала, причем входы блока коммутации адресов и номера прерываний соединены с коммутационными входами модуля, а выходы с установочными входами блока прерываний и дешифратора адреса соответственно, вход блока отсчета временного интервала соединен с выходом блока непрерывного контроля, выход блока отсчета временного интервала соединен со входом блока прерываний, а в состав блока управляющих регистров дополнительно введен регистр установки временного интервала, причем его входы соединены с выходом дешифратора адреса и шиной ISA соответственно, а выход - с управляющим входом блока отсчета временного интервала.
