Аналого-цифровое вычислительное устройство

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для обработки и преобразования цифровой и аналоговой информации, а также для автоматического управления различными процессами. Целью изобретения является расширение класса

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (11) (51) 4 С 06 Л 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 4061520/24-24 (22) 19.03.86 (46) 15.04.88. Бюл. N - 14 (72) Н.P.Àíäðîíàòèé и N.Ï.Áóðäèÿí .(53) 681.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 858024, кл. С 06 J 3/00, 1981 .

Зарубежная электроника, ЦНИИ

"Электроника", 1983, январь, Р 1, с.58-93, рис. 19. (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ

УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к вычисли тельной технике и может быть использовано для обработки и преобразования циФровой и аналоговой информации, а также для автоматического управления различными процессами. Целью изобретения является расширение класса

138891 решаемы устройством задач, Аналогоцифровое вычислительное устройство содержит в цифровой части программируемое арифметико-логическое устройство 1,регистр 2 микрокоманд,де- . шифратоР 3 микрокоманд, первый блок

4 синхронизации, буферный регистр 5 данных, блок 6 памяти данных, блок

7 регистровой памяти, буферный регистр 8 адреса, общую внутреннюю шину 9 данных, генератор 10 тактовьм импульсов, второй блок 11 синхронизации, шину 12 данных, блок 13 памяти данных, блок 14 ввода-вывода.Собственно аналого-цифровое вычислительное устройство содержит первый коммутатор 15, блок 16 эталонных источников напряжения, блок 17 цифроуправ3 ляемьм операционных усилителей с программно изменяемыми коэффициентами передачи, аналоговый запоминающИй блок 18, блок 19 цифроуправляемых функциональных преобразователей,второй коммутатор 20, преобразователь код — напряжение 21, компаратор 22, блок 23 регистров, аналоговые информационные входы 24 Блоки 1-9 и свя— зи между ними образуют цифровой микропроцессор 25. Цель изобретения достигнута за счет введения блока цифроуправляемых функциональных преобразователей, блока эталонных источников напряжения и блока цифроуправляемых операционных усилителей, а также эа счет новьм связей между блоками ° 1 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для обработки и преобразования цифровой и аналоговой информации, а также для автоматического управления различными процессами.

Цель изобретения †. расширение класса решаемых задач.

На чертеже приведена структурная схема аналого-цифрового вычислительного устройства с вариантом исполнения цифровой части блока программного управления.

Устройство содержит программируемое арифметико-логическое устройство (АЛУ) 1, регистр 2 микрокоманд, дешифратор 3 микрокоманд, первый блок

4 синхронизаций, буферный регистр

5 данных, блок 6 памяти данных.,блок

7 регистровой памяти, буферный регистр 8 адреса, общую внутреннюю шину 9 данных, генератор 10 .тактовых импульсов, второй блок 11 синхронизации, шину 12 данных, блок 13 памя- 25 ти данных и блок 14 ввода-вывода„

Собственно аналого -цифровое вычислительное устройство включает первый коммутатор 15, блок 16 эталонных источников напряжения, блок 17 цифроуправляемых операционных усили гелей с программно изменяемыми коэффициентами передачи, аналоговый эапоминающий блок 18, блок 19 цифроуправляемых функциональных преобразователей, второй коммутатор 20, пре/ обраэователь 21 код — напряжение, компаратор 22, блок 23 регистров, аналоговые информационные входы 24.

Блоки 1-9 и связи между ними образуют цифровой микропроцессор 25.

Аналого-цифровое вычислительное устройство работает следующим образом.

В основу построения устройства положены принципы модульности, программного управления, контролируемости, адаптации структуры под характер входного сигнала, многофункциональности. Возможны следующие основные режимы работы аналого-цифрового вычислительного устройства: цифровой обработки данных; многоканальный аналого-цифровой и цифроаналоговой обработки данных; решения задач моделирования и управления системами; программной перестройки системы; контроля и диагностики. В режиме цифровой обработки данных команды из блока 13 памяти данных поступают в регистр 2 микрокоманд, дешифрируются в дешифраторе 3 микрокоманд. Первый блок 4 синхронизации вырабатывает все необходимые сигналы управления. АЛУ 1 осуществляет

1388913 операции над данными. Промежуточные данные хранятся в блоке 6 памяти данных, а также в регистре временного хранения (не показан) АЛУ 1. Результат выполнения операции йоступает на внутреннюю шину 9 данных и далее через буферный регистр 5 данных,шину 12 данных в необходимый блок аналого-цифрового микропроцессора. Ре10 зультат выполнения операции может быть также записан в блок 6 памяти данных, Буферный регистр 5 данных является двунаправленным. Блок 7 регистровой памяти включает регистры общего назначения, указатель стека, счетчик команд, управляемый адресный регистр, предназначен для приема информации из двух регистров общего назначения и передачи ее в буферный регистр 8 адреса. Блок 13 памяти данных в общем случае. содержит постоянную память для решения стандартных задач и оперативную. Второй блок 11 синхронизации осуществляет временное согласование работы различных блоков устройства. Аналого-цифровое вычислительное устройство представляет по своей сути набор модулей.Это позволяет решать задачи различного класса при оптимальном составе обору30 дования.

В режиме многоканальный аналогоцифровой обработки данных программным путем при помощи модуля цифрового микропроцессора можно организовать 35 различные методы аналого-цифрового преобразования, например последовательного счета, поразрядного кодирования и др.

При помощи первого коммутатора 15 40 блока 17 цифроуправляемых операционных усилителей, второго коммутатора

20, блока 19 цифроуправляемых функциональных преобразователей осущеставляется настройка аналого-.цифрово- 45 го вычислительного устройства на решение определенной задачи. Это. осуществляется при помощи кодов команд из блока 13 памяти данных, регистра

2 микрокоманд, дешифратора 3 микро- 50 команд, блока 4 синхронизации. Для этого соответствующие коды из блоков 13 и 14 и регистра 5 данных пересылаются в приемные регистры"первого коммутатора 15, блоков 17 и 19 55 и второго коммутатора 20. Для реализации, например, метода последовательного счета коды из блока 13 памяти данных передаются по общей шине 12 данных в первый 15 и второй

20 коммутаторы. При этом на первый вход компаратора 22 подключается сигнал с соответствующего аналогового информационного входа 24. Затем в блок 23 регистров вводится код ! и преобразователь 21 код — .напряжение формирует минимальный эталон напряжения, называемый квантом, который поступает на второй вход компара. тора 22. Полученный результат.-сравнения заносится по входу управления записью в блок 23 регистров и далее через шину 12 и буферный регистр 5 данных передается в АЛУ 1 для логической обработки. Далее код, подаваемый в блок .23.регистров, увеличивается на единицу.и т.д. В момент равенства напряжений на входах компаратора 22 на его выходе .присутствует

"1", АЛУ 1 фиксирует этот момент и .соответствующий код. Таким об- разом, осуществляется одноканальное аналого-цифровое преобразование ме тодом последовательного счета.

В режиме многоканального аналогоцифрового преобразования методом последовательного счета происходит подключение различных аналоговых информационных входов 24 к компаратору

22, запоминание результатов сравнения в соответствующих ячейках блока

13 памяти данных и определение кода преобразования по каждому входу. .Возможна также реализация методов многоканального цифроаналогового преобразования, при котором результаты могут храниться в аналоговом запоминающем блоке 18. Аналоговый сигнал с аналоговых информационных входов

24 может подаваться на входы компаратора 22 также и с масштабным коэффициентом, который устаг навливается в блоке 17 цифроуправляемых операционных усилителей первые входы и вход синхронизации — цифровые, а другие входы и выходы— аналоговые. В блоке 19 цифроуправляемых функциональных преобразователей первые входы и вход синхрониэации— цифровые, а вторые вход..и выход— аналоговые.

Режим решения задач моделирования и управления системами позволяет решать задачи моделирования и управления, описываемые сложными уравнениями. Это могут быть дифференциаль1388913 ные, интегральные уравнения и др.Для решения этих задач цифровой микропроцессор выполняет вначале програм му настройки аналого-цифрового микропроцессора-, при которой с помощью

5 первого 15 и второго 20 коммутаторов выполняются необходимые связи, а затем производится настройка блоков

11, 17 и 19. При помощи блока 16 эталонных источников напряжения задаются начальные условия для опера ционных усилителей блока 17, которые ,могут быть настроены на выполнение функций интегрирования, дифференци1!< рования, масштабных усилителей и т.rr, < С помощью функциональных преобразо,вателей блока 19 воспроизводятся

;однозначные функции, обпасть сущест,вования и область значений которых определены заранее„<Функции эти воспроизводятся обычно не точно,. а при ближенно. Это можно учесть соответствующей программой коррекции, ко торую может выполнить цифровой мик ропроцессор 25. В аналого-цифровом устройстве при помощи блока 19

,функциональных преобразователей мож,но воспроизводить и неопнозначные ! функции. Анализ аргумента и функции

ЗО

:,производит при этом цифровой микро процессор 25, который в зависимости от результатов анализа настраивает функциональные преобразователи бло ка 19.

Режим программной перестройки позволяет программно изменять структуру аналого-цифрового вычислительно о устройства. Структура перестраивается автоматически по программам перестройки, хранящимся в блоке 13 <амяти данных. Например, до значения напряжения.на первом входе 24 . U = U параметр описывается ураннением Y = f, (t), а лри U ) U, T -= -f, (t).

При этом в начале каждого цикла решения в компараторе 22 происходит

< равнение напряжения U< с выхода блока 16 эталонных источников напряжения и текущего напряжения U < пер- 5О ного входа 24. При 11:6 Г< аналогоцифровое вычислительное устройство настраивается на решение Y = f (t) а при U > U — на решение Y = f (t) Ä

Необходимые для этоу о программы на- 55 стройки должны быть заранее разработаны и храниться в блоке 13 памяти данных. Алгоритм программной перестройки зависит от конкретной решаемой задачи, Формула изобретения

Аналого-цифровое вычислительное устройство, содержащее первый коммутатор, аналоговый запоминающий блок, второй коммутатор, преобразователь код-напряжение, компаратор и блок регистров, группа информационных входов-выходов которого подключена к шине данных устройства, а группа выходов соединена с информационным входом преобразователя код — напряжение, выход и вход аналогового запоминающего блока подключены соответственно к первому информационному входу и первому выходу первого коммутатора, группа информационных входов которого соединена с сооответствующими аналоговыми информационными входами устройства,первый вход и выход компаратора подключены соответственно к выходу преобразователя код — напряжение и

: к входу управления записью блока регистров, управляющие входы первого и второго коммутаторов соединены с адресной шиной устройства, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, в него введены блок цифроуправляемых функциональных преобразователей, блок эталонных источников напряжения и блок цифроуправляемых операционных усилителей с управляемыми коэффициентами передачи, информационный вход и выход которого подключены соответственно к второму выходу первого коммутатора и ко второму информационному входу первого. и первому информационному входу второго коммутаторов, входы синхронизации блоков цифроуправляемых функциональных преобразователей и цифроуправляемых операционных усилителей с управляемым коэффициентом передачи объединены и являются входом синхронизации устройства, информационный вход блока цифроуправляемых функциональных преобразователей соединен с третьим выходом первого коммутатора, а его выход подключен к третьему информационному входу первого коммутатора и к втордму информационному входу второго коммутатора, выход и третий информационный

1388913

Составитель А.Маслов

Редактор А.Огар ТехредА.Кравчук Корректор И.Муска

Заказ 1583/52 Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 вход которого соединены соответственно с вторым входом компаратора и с выходом аналогового запоминающего блока, четвертый и пятый информационные входы первого коммутатора подключены соответственно к выходу преобразователя код — напряжение и к выходу блока эталонных источников

8 напряжения, управляющий вход блока цифроуправляемых функциональных преобразователей и вход.аадания

5 коэффициентов передачи блока цифроуправляемых операционных усилителей с изменяемыми коэффициентами передачи подключены к шине данных устройства.