Устройство для сопряжения электронной вычислительной машины с двухпозиционными датчиками

 

Изобретение относится к автоматике -и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах, требующих высокой достоверности информации о состоянии объектов управления и контроля, например в микропроцессорных системах железнодорожной автоматики и телемеханики. Цель изобретения - повышение надежности устройства. Для достижения поставленной цели устройство содержит элемент И 2, элемент ИЛИ 3, счетчик 4, блок 5 памяти (ПЗУ), мультиплексор 6, регистр 7 сдвига, элемент 8 задержки и дешифратор 9, ЭВМ 1. В устройстве каждому из двух состояний двухпозиционных датчиков 10-12 соответствует кодовое слово, формируемое с помощью счетчика 4, ПЗУ 5, мультиплексора 6 и регистра 7 сдвига. Прием и анализ в ЭВМ 1 от каждого датчика кодированной информации позволяет защитить устройство от ошибок, возникающих в результате сбоев или появления дефектов в отдельных узлах устройства. 3 ил.

СООЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГЕУЕЬЛИН

092 (112 (53)5 С 06 F 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬ<:ТВУ

Ф".З с "ь 3 (.-.k Л

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

По ИЗОБЕНЕНИЯМ И ОТНРЫТИаИ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4498836/24 (22) 25. 10.88 (46) 15. 05.91. Бюл. Р 18 (71) Харьковский институт инженеровжелезнодорожного транспорта им. С.И.Кирова .(72) Е0.В.Соболев, С.В.Кошевой, П.Д.Кулик и В.М.Соколов (53) 681 ° 327.11(088 ° 8) (56) Певкопляс Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения.- N.:

Радио и связь, 1986, с. 167-169, рис. 8.19.

Авторское свидетельство СССР

Р 1285454, кл. О 06 F 3/00, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОПРЯЖПЕИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ ВЫЧИСЛЕ!ТЕЛЬ!!ОЙ! М.АРИНЕ! С ДВУХПОЗИЦИОЕЕНЕ ЕИИ ДАТЧИКМЕ2! (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах, треФ

2 бующих высокой достоверности информации о состоянии объектов управления . и контроля, например в микропроцессорных системах железнодорожной автоматики и телемеханики. Цель изобретения — повьппение надежности устройства.

Для достижения поставленной цели устройство содержит элемент И 2, элемент

ИЛИ 3, счетчик 4, блок 5 памяти (ПЗУ), мультиплексор 6, регистр 7 сдвига, элемент 8 задержки и дешифратор 9, ЭВИ 1. В устройстве каждому из двух состояний двухпозиционных датчиков

10-12 соответствует кодовое слово, формируемое с помощью счетчика 4, ПЗУ 5, мультиплексора 6 и регистра 7 сдвига. Прием и анализ в ЭВМ 1 от каждого датчика кодированной информации позволяет защитить устройс1 во от ошибок, возникающих в результате сбоев или появления дефектов в отдельЮ ных узлах устройства. 3 ил.

1649524

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах, требуюших высокой достоверности информации о состоянии объектов управления и контроля, например, в микропроцессорных системах железнодорожной автоматики и телемеханики.

Цель изобретения - повышение надежности устройства.

Повышение достоверности информации, вводимой в ЭВМ с позиционных датчиков (например, контактов реле железнодорожной автоматики и телеме- 15 хантгки),. достигается за счет того, что информация в ЭВМ о состоянии двухпозиционных датчиков вводится не одним битом (например, от контакта реле), а мнагобитовым кодовым словом, значе- и

50 ние которого в зависимости от состояния конкретного двухпозиционного дат.1 чика является известным, т.е. каждо. му из двух состояний каждого двухпозиционного датчика соответствует свое,25 единственное кодовое слово, например, отстоящее от других .кодовых комбинаций на расстоянии o(,или являющееся представлением одной из функций Уолша, функции определенного порядка, входящей в систему функций Уолша, записанной в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ). Прием и анализ от каждого двухпоэиционного датчика кодированной информации позволяет защитить .устройство ввода информации от оши35 бок, исправлять ошибки,-возникающие в результате сбоев или появления дефектов в отдельных узлах устройства, т.е. повысить помехозащищенность и

40 надежность устройства.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг ° 2 — фун- кциональная схема ЭВМ на фиг. 3— алгоритм приема информации о состоянии двухпозиционных датчиков ЭВМ.

Устройство для ввода информации от двухпозиционных датчиков содержит

ЭВМ 1, элемент И 2, элемент ИЛИ 3, счетчик 4, блок 5 памяти (ПЗУ 1), мультиплексор 6, регистр 7 сдвига, элемент 8 задержки, дешифратор 9 и двухпозиционные датчики 10-12.

ЭВМ 1 выполняет следующие функции: вьщает тактовые импульсы с первого выхода; выдает сигнал запуска с вто- 55

yoro выхода; выдает сигнал сброса счетчика 4 и регистра 7 сдвига с третьего выхода; устанавливает двоичный код на адресных входах мультиплексора б; воспринимает запрос прерывания по второму входу; считывает выходной код регистра 7 сдвига по первому входу; сравнивает считанный код с кодами, хранящимися в ПЗУ и соответствующими конкретному двухпозиционному датчику 10-12, формирует коды состояния каждого двухпозиционного датчика 10-12 в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ).

В качестве ЭВМ 1 можно использовать, например, микропроцессорный контролер, выполняющий перечисленные функции, в частности КТС ЛИУС 2, имеющий широкий набор функциональных блоков пля связи с периферийными устройствами. ЭВМ 1 на базе КТС ЛИУС 2 (фиг. 2) состоит из элемента 13 управления, ОЗУ 14, ПЗУ 15 и элементов

16 и 17 ввода. В качестве элемента

13 используется элемент управления

КС 59.01, выполненный на генераторе тактовых импульсов. Выход генератора тактовых импульсов является первым выходом ЭВМ 1 и соединен с первым входом элемента И 2. В качестве ОЗУ

14, в котором записывается кодированная информация о состоянии двухпозиционных датчиков, может быть использо вано ОЗУ КС 54.09 или t(C 54.10. В качестве ПЗУ 15, в котором содержатся кодовые комбинации, соответствующие кодовым комбинациям, записанным в

ПЗУ. S, и которые используются для сравнения с содержимым регистра 7 сдвига в результате последовательной записи в регистр 7 сдвига и через один из двухпозиционных датчиков 1012 и мультиплексор б информации с этого ПЗУ 5, может быть использовано перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) КС 54.34.

В ПЗУ 15 содержится рабочая программа накопления и обработки информации ЭВМ 1, алгоритм по приему информации с регистра сдвига 7 которой приведен на фиг. 3. В качестве элемента 16, посредством которого выполняются функции установки кода на адресных входах мультиплексора 6, посредством которого. один из входов данных соединяется с выходом мультиплексора, а также выдачи сигнала сброса двоичного счетчика 4 и регистра 7 и сигнала запуска, посредством которого через элемент И 2 и элемент

ИЛИ 3 на тактовые входы двоичного

164 счетчика 4 и регистра 7 сдвига поступают тактовые импульсы, может быть использован элемент вывода дискретных сигналов КС 35.03 или КС 35.04, имеющий 32 канала вывода (элемент имеет четыре восьмиразрядных порта вывода).

Если два канала вывода дискретных сигналов одного из портов вывода использовать для выдачи через них сигналов сброса и запуска, то оставшимися тридцатью каналами вывода можно управлять мультиплексором 6 с числом входов данных 2 ° При такой реали о зации элемента 16 можно через мультиплексор 6 подключать к регистру 2 двухпозиционных датчиков 10-12, т. е. количество используемых каналов вывода как адресных разрядов на адресных входах мультиплексора б зависит от количества двухпозиционных датчиков

10-12. В качестве элемента 16, формирующего запрос прерывания при окончании записи в регистр 7 сдвига кодовой последовательности из ПЗУ 5 через один из двухпозиционных датчиков 1".—

12 и мультиплексор 6, а также посредством которого производится считывание информации с выхода регистра 7 сдвига, может быть использован элемент ввода дискретных сигналов КС

34.06, имеющий 32 канала ввода (четыре порта ввода) дискретных сигналов и один канал ввода формирования запроса прерывания при изменении логического уровня сигнала на входе этого канала с нулевого на единичный.

Функции установки адреса на адресных входах мультиплексора 6, формирования сигналов сброса и запуска, считывания информации с выходов регистра 7 сдвига и формирования запроса прерывания, т.е. функции, реализуемые элементами 16 и 17,можно реализовать одним элементом, например, КС 52.12 — контроллером бит-параллельным, имеющим два порта вывода (возможна органиэация связи через мультиплексор 6 с регистром сдвига

2 двухпозиционных датчиков 10-12) и два порта ввода (возможно формирование кодовых последовательностей, записываемых в регистр 7 сдвига, разрядностью 16 битов при использовании одного элемента КС 52.12). Возможно включение в состав ЭВМ 1 нескольких элементов KC 52.12, что позволяет увеличить разрядность регистра 7 сдвига и количество двухпози9524

6 ционных датчиков 10-12 путем соответствующего соединения портов ввода и вывода элемента с соответствующими выходами регистра 17 сдвига и входов селекции мультиплексора 6.

В устройстве разрядность .счетчика

4 соответствует количеству ячеек

ПЗУ 5 и разрядности регистра 7 сдвига и определяется следующим соотношением:

2 =N=R и.

Разрядность каждой ячейки ПЗУ 5, количество входов данных и адресных входов мультиплексора 6 соответствует количеству двухпозиционных датчиков 10-12 и определяется следующим соотношением.

P=D=2 =С, где P— количество двухпозиционных датчиков 10-12; количество входов данных мультиплексора 6; количество входов селекции мультиплексора 6;

2R — разрядность каждой ячейки ПЗУ 5.

Устройство работает следующим образом, ЭВИ 1 является многофункциональным устройством, поэтому для выполнения функций, возлагаемых на него по считыванию информации о состоянии двухпозиционных датчиков 10-12, в него необходимо ввести рабочую программу.

Для считывания информации о состо45 янин двухпозиционных датчиков 10-12, начиная, например, с двухпозиционного датчика 10 ЭВИ 1 производит последовательно следующие операции:

1 ° Вьщает на третий выход сигнал

"Сброс". Реализация такой операции может быть осуществлена следующим образом. В разряд регистра порта элемента 16 ввода дискретных сигналов, соединенного с третьим выходом

3BN 1, щж первом обращении записывается уровень сигнала, соответствующий требуемому уровню для сброса содержимого счетчика 4 и регистра 7 сдвигде n — разрядность двоичного счет15 чика 4, N — количество ячеек в ЛЗУ 5;

R — разрядность регистра сдвига 7.

16495

7 га, Повторным обращением к этому же порту вывода значение этого разряда регистра инвертируется и сигнал сброса снимается. В результате этого на выходах счетчика 4 и регистра 7 сдвига устанавливается нулевой код. На выходе дешифратора 9 логический уровень сигнала также равен нулю.

На втором входе элемента И 2 также присутствует сигнал "0", что не позволяет тактовым импульсам с первого выхода ЭВИ 1 попасть через элемент

ИЛИ. 3 на вход счетчика 4 и регистра

7 сдвига;

2. Выдает на четвертый выход код, соответствующий подключению к выходу мультиплексора 6 первого входа данных (первого двухпозиционного датчика 10).

Операция выдачи кода осуществляется путем записи в регистр порта вывода элемента 16 дискретных сигналов значения глода, соответствующего коммутации первого входа данных с выходом мультиплексора 6;

3. Выдает на второй выход сигнал

"Запуск" и настраивает элемент 7 ввода дискретных сигналов на формирование запроса прерьгвания при изменении уровня сигнала на выходе дешифратора 9. Реализация. выдачи сигнала "Запуск" аналогична описанной выдаче сигнала "Сброс" на третий выход ЭВМ 1 °

В результате выдачи сигнала "Запуск", поступившего на второй вход элемента

ИЛИ 3, на тактовый вход счетчика 4 поступает импульс с выхода элемента

ИПИ 3. На выходе самого младшего разряда счетчика 4 сигнал становится равен "1". При этом на выходе дешифратора 9 появляется сигнал "1 ", кото- 40 рый поступает на второй вход элемента И 2. Через элементы И 2 и ИЛИ 3 на вход счетчика 4, а также через элемент 8 задержки на вход сдвига регистра 7 сдвига поступает импульс45 ная последовательность, формируемая генератором тактовых импульсов в элементе 13 ЭВИ t. С приходом каждого тактового импульса на вход счетчика

4 значение его выходного кода инкрементируется и по приходу двух тактовых импульсов на вход счетчика 4 на всех. его выходах устанавливаются единичные значения сигнала. (2 + и

+ 1)-й тактовый импульс устанавливает на выходах счетчика 4 нулевой код, появление которого на входе дешифратора 9 приводит к появлению

24 на выходе дешифратора 9 сигнала с уровнем "0". При этом прекращается прохождение тактовых импульсов через элемент И 2 и на входе ЭВМ 1 происходит изменение уровня "0" на уровень

"1"

При срабатывании счетчика 4 на время периода следования тактовых импульсов на выходе ПЗУ 5 появляются данные, записанные в ячейках ПЗУ 5, выборка которых производится значением кода на выходах счетчика 4, соединенных с соответствующими адресными входами ПЗУ 5. В зависимости от адреса, установленного на адресных входах мультиплексора 6, н состояния соответствующего двухпозиционного датчика 10-12 один из выходов данных ПЗУ 5 соединяется с D-входом регистра сдвига, на вход сдвига которого также поступают тактовые импульсы с выхода элемейта ИЛИ 3 через элемент 8 задержки. Элемент 8 задержки представляет собой любой логический элемент, например, элемент НЕ или элемент

И (И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ) с соединенными между собой входами, параллельно входу которого относительно общей шины включен конденсатор емкостью в несколько сотен пикофарад, а последовательно этим входам включен резистор сопротивлением около 100 Ом. Таким образом, очередной тактовый импульс приводит к срабатыванию счетчика 4, выходной код с которого приводит к появлению на выходе ПЗУ 5 содержимого очередной ячейки. Каждый нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакт всех двухпозиционных датчиков соединен с соответствующим выходом данных Do D 1» ..., Dc >

ПЗУ 5. В регистр 7 сдвига записывает ся приходящая кодовая последовательность, появляющаяся на одном из выходов данньгх ПЗУ 5 при считывании содержимого ячеек этого ПЗУ 5. Формирование кодового слова на выходах регистра 7 сдвига производится путем записи в одноименные разряды (ячеек

ПЗУ 5) по мере увеличения адреса ячеек ПЗУ 5, например, кодовых комбинаций, отстоящих от кодовых комбинаций других одноименных разрядов

ПЗУ 5 на расстоянии 0С или записи в одноименные разрядов ячеек ПЗУ 5 кодовых комбинаций, входящих в систе му функций Уолша.

9 1649524 0

Элемент 8 задержки обеспечивает запись в регистр 7 сдвига данных, соответствующих текущему адресу на входах ПЗУ 5.

После выдачи сигнала "Запуск"

ЭВИ 1 настраивает элемент 17 ввода на формирование запроса прерывания по окончании цикла записи информации в регистр 7 сдвига о состоянии конкретного двухпозиционного датчика

10-1 2.

Такая настройка реализуется либо путем обращения к четвертому порту элемента 17 ввода дискретных сигналов, что приводит к снятию интерфейсного сигнала запроса прерывания, либо подачей на вход элемента 17 ввода дискретных сигналов сигнала установки.

Таким образом, элемент 17 ввода дискретных сигналов формирует запрос прерывания по окончании просчета счетчиком 4 всех возможных комбинаций 2 по переходу логического зна- 25 чения сигнала с единичного значения на нулевое. ЭВИ 1 переходит на подпрограмму обслуживания прерывания и считывает содержимое регистра 7 сдвига через информационные входы, соединенные с элементом 17 ввода .дискретных сигналов. Анализ состояния конкретного двухпозиционного датчика

10-12 производится путем побайтного сравнения содержимого регистра 7 сдвига и пары кодовых комбинаций, запи15 санных в ПЗУ 15 ЭВМ 1, соответствующих конкретному двухпозиционному датчику 10-12, Соответствие между информацией, записанной в ПЗУ 5, и информацией, записанной в ПЗУ 15, осуществляется следующим образом независимо от способа кодирования этой информации.

R-разрядный код, записанный в регистр 7 сдвига путем последовательного считывания одного соответствующего разряда со всех И ячеек ПЗУ 5; сравнивается побайтно с кодом, запи. санным R/8 байтами в ПЗУ 15. Коли.— чество ячеек ПЗУ 15, необходимое для записи кодовых комбинаций, соответствующих кодовым комбинациям, формируемым на одноименных разрядах

ПЗУ 5, и определяемое количеством двухпозиционных датчиков, составляет 55

2Р R/8 = PR/4, где P — количество двухпозиционных датчиков; R/8 - количество байтов ПЗУ 15 дпя проверки состояния одного двухпозиционного датчика 10-12.

Сравнение считанной из регистра сдвига 7 кодовой комбинации осуществляется известными в программированни микроЭВИ средствами. В результате сравнения сформированной кодовой комбинации в регистре 7 сдвига с кодовой комбинацией соответствующих ячеек ПЗУ 15 в ОЗУ 14 формируется последовательность кодовых комбинаций, каждая из которых соответствует одному из двух состояний соответствующего двухпозиционного датчика 10 (11, 12). Полученная таким образом информация о состоянии двухпозиционных датчиков 10-12 может быть использована для включения-выключения соответствующих объектов управления.

Возможные сбои при считывании ин формации с регистра 7 сдвига и записи информации о состоянии конкретного датчика в ОЗУ 14 устраняются на основе цикличности функционирования устройства. Сбои и ошибки, могушие возникнуть в текущем цикле контроля, ликвидируются в следующем и в связи с инерционностью устройств управления (например, электромагнитные реле железнодорожной автоматики и телемеханики) не воспринимаются этими устройствами, управления, Таким образом, в устройстве аппаратные отказы и программные сбои устраняются. на основе цикличности функционирования устройства и имеющимися априорными данными о вероятности появления одной из двух кодовых комбинаций на выходах регистра 7 сдвига для конкретного двухпозиционного датчика 10-12, т.е. существует однозначно соответствие между адресами ячеек ПЗУ 15 и адресами на адресных входах мультиплексора 6, в результате чего содержимое соответствующих ячеек ПЗУ 15 однозначно сравнивается с содержимым регистра 7 сдвига, информация в/который записывается через соответствующий двухпозиционный датчик 10-12. Любые алпаратурные и программные сбои приводят к нарушению этого соответствия, в результате чего сравниваются между собой отличающиеся друг от друга кодовые комбинации, считанные с регистра 7 и ПЗУ t5. При этом возможно два подхода в реализации алгоритма функционирования устройства:

1649524 12

Формула и з обретения

1. Кодирование записанной в ПЗУ

5 и 15 информации введением избыточности (введение в кодовые комбинации ПЗУ для каждого двухпозиционного датчика информационных и проверочных символов, как это реализовано в кодах Хемминга) с целью обнаружения и исправления кодовой комбинации, которая подвергалась сбою.

2. Достаточно простой избыточности обнаружения ошибок, при которой не производится обнаружение и исправление подвергшейся сбою кодовой комбинации, а просто результаты ввода и анализа. анулируются, устройство переходит к режиму ввода информации о состоянии последующих двухпозиционных датчиков 10-12 и .анализа их состояния. Кодирование содержимого

ПЗУ 5 и 15 производится в этом случае, .например, комбинациями, входящими в систему функций Уолша.

Таким образом, устройство исклю.— чает возможность формирования ложной информации о состоянии любого двухпозиционного датчика 10-12, чем исключает возможность иа основании этого выдачи команд на устройства управления (например, железнодорожные стрелки, светофоры и т.п.), приводящих к аварийной ситуации (опасным отказам). Применение предлагаемого устройства в микропроцессорных и других микроэлектронных системах автоматики и телемеханики позволит обеспечить высокий уровень безопасности и помехозащищенности проектируемых систем автоматики и телемеханики на новой элементной базе., Устройство для сопряжения элект5 ронной вычислительной машины с двухпозиционными датчиками, содержащее мультиплексор, счетчик, блок памяти, регистр, элемент И, информационные выходы счетчика соединены с входами блока памяти, информационные входы мультиплексора подключены к выходам датчиков, первый вход элемента И подключен к тактовому выходу электронной вычислительной машины, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности устройства, в него введены элемент ИЛИ, элемент задержки, выход элемента И соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй

Zp Вход которого подключен к выходу запуска электронной вычислительной машины, выход элемента ИЛИ соединен со счетным входом счетчика и через элемент задержки с входом сдвига ре25 гистра, выходы которого подключены к информационным входам электронной вычислительной машины, входы сброса счетчика и регистра подключены к выходу сброса электронной вычислительной машины, выход переполнения счетчика соединен с вторым входом элемента И и подключен к входу запроса прерывания электронной вычислительной машины, выходы блока памяти подключены к входам датчиков, адресные входы мультиплексора подключены к адресным выходам электронной вы п слительной машины, а выход соединен с информационным входом регистра.

Фиг.2

1649524

Фиг, 5

Составитель И. Карпова

Редактор Л. Пчолинская ТехредД.Олийнык Корректор Т. Палий

Заказ 1522 Тираж 416 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101