Аналого-цифровой микропроцессор

Аналого-цифровой микропроцессор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1

В. В. Мясников и С. А. Илюшин с

), . ° . чж3 Й М (72) Авторы изобретения (7! } Заявитель (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ. МИКРОПРОЦЕССОР

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в устройствах преобразования и обработки цифровой и аналоговой информации различных информационноизмерительных и управляющих систем.

Известно устройство, содержащее аналоговый

5 коммутатор, аналоговое запоминающее устройство, преобразователь напряжения в код, регистр адреса канала и устройство синхронизации (1) .

Устройство выполнено в виде единого модуля, одиако его; возможности ограничены. только операциями коммутации аналоговых входов, фиксации напряжений и преобразованием их в цифровой код. С помощью этого устройства невозможно произвести цифровую программную обработку данных и осуществить цифроаналоговое преобразование.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является микропроцессор, содержащий аккумулятор данных магистрали и входной регистр, входы которых соединены с магистралью, а выходы — с входами арифметикоl логического устройства, выход которого соединен с магистралью, регистр и дешифратор микрокоманд. 3Ь шый микропроцессор вьтолнен конструктивно в Виде Одной микросхемы и имеет широкие возможности в области цифровой обработки информации (2}.

Недостатком его является возможность толь. ко цифровых видов обработки информации.

Развитие систем автоматизированного и автоматического управления и контроля требует создания универсального модуля, позволяющего реализовать анвлаговью, аналого-цифровые и цифровые функции. Прямое решеям данной проблемы заключается в протом объединении цифрового микропроцессора с модупямн аналоговой и аналого-цифровой обработки вхоу ной информации и цифроаналоговыми модулями обработки выходной цифровой информации.

Модуль, построенный по такому прйнципу, должен содержать входной коммутатор, впало. голые запоминающие устройства, ряд преобразователей напряжения в код и преобразователей када в напряжение различной точности и быстродействия, а также микропроцессор.

858024 I0

Создание такого модуля встречает целый ряд структурных, конструктивных и техноло гических трудностей. Кроме того, подобный модуль ие будет обладать гибкостью в аналогоцифровых функциях, что не допустит или сделает черезвычайно избыточным его применение в ряде задач.

Цель изобретения — повышение коэффициента использования оборудования, увеличение гибкости микропроцессора.

Поставленная цель достигается тем, что микропроцессор, содержащий регистр микрокоманд, вход которого является управляющим входом микропроцессора, а выход подключен к входу дешифратора микрокоманд, блок ввода-вывода арифметико-логическое устройство, блок па

«мяти данных, регистр, блок регистровой памяти, управляющие входы которого соединены с выходом дешифратора микрокоманд, первый вход блока ввода-вывода являются соответственно входом и выходом микропроцессора, выход арифметико-логического устройства и второй выход блока ввода-вывода подключены к информационным входам регистра, блока памяти данных и блока регистровой памяти, выход которого подключен к информационным входам регистра, блока памяти данных и к второму входу блока ввода-вывода, выходы регистра и блока памяти данных соединены соответственно с входами арифметнко-логического устройства, выход которого соединен с вторым входом блока ввода-вывода, введены две группы элементов коммутации аналоговых сигналов, аналоговое запоминающее устройство, блок сравнения, коммутатор цифровых сигналов, коммутатор аналоговых сигналов, регистр

c2epmHx разрядов, регистр младших разрядов, два преобразователя кода внапряжение,,два элемента коммутации аналоговых сигналов и сумматор, управляющие входы которых подключены к выходу дешнфратора мнкрокоманд, информационные входь1 регистров старших и .млцщах разрядов соединены с выходами арифметико-логического устройства, блока регистровой памяти и с вторым выходом блока ввода-зыводаф ВБ1ход регистра старших разрядов соединен с входом первого преобразователя кода в напряжение, выход регистра младших разрядов соединен с входом второго преобразователя код» в напряжение, выходы первого II второго преОбразователей кода в напряжение сое динены соответственно с входами сумматора, вых которого подключен к входу первого элемента ко мутации аналоговых сигналОВ у ВхОды элементов коммутации аналоговых сигналов первой группы соединены соответственно с аналоговыми входа Бе микропроцассора, а выходы — еоответст.веню с входами первой груцпы аналогового запоминающего устройства, входы второй группы которого подключены соответственно к вы-.ходам элементов коммутации аналоговых сигналов второй группы, входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго элементов коммутйции аналоговых сапелов, выходы аналогового запоминающего устройства соединены соответственно с аналоговыми выходамн микропроцессора, с входами коммутатора аналоговых сигналов и с входами блока сравнений, выходы которого,подюпочаиы соответственно к входам коммутатора цифровых сигналов, выход которого соединен с информационным входом регистра, выход коьемутатора аналоговых сигналов соединен с входом второго элемента коммутации аналоговых сигналов.

На чертеже представлена схема мвкропроцео сора.

Микропроцессор содержит группы 1 и 2 эле20 ментов коМмутацви аналоговых сигналоВ, ана- . логовое запоминающее устройство 3, блок 4 сравнения, коммутатор 5 аналоговых сигналов, выход б микропроцессора, элемент 7 коммутапии аналоговых сигналов, коммутатор 8 циф25 ровых сигналов, регистр 9, арифметнко-логическое устройство (АЛУ) . 1О, блок 11 памяти данных, магистраль 12, блок 13 ввода-вывода, блок 14 регистровой памяти, регистр 15 старших разрядов, регистр 16 младших разрядов, преобразователи 17 и 18 кода в напряжение, сумматор 19, элемент 20 коммутации аналоговых сигналов, цифровой вход-выход 21 микропроцессора, аналоговые входы 22 микропроцессора, управляющий вход 23 микропроцессора, регистр 24 микрокоманд, дешифратор 25

35 микрокоманд, цепи 26 связи.

Микропроцессор работает следующим образом.

В основе работы микропроцессора лежит принцип микропрограммного управления, функционирование микропроцессора возможно в режиме цифровой обработки даны|х, режиме многоканального аналого-цифрового и цифроаналогового преобразования и обработки, режиме многоканальной аналоговой обработки, в

45 программно-комбинированном режиме.

Б режиме цифровой обработки данных при помощи микрокомайд, поступйещих иэ внешних устройств и регистр 24 мнкрокоманд, осуществляется арифметическо-логическая обработ- 50 ка цифровых данных, циркулирующий чареэ од цифровой вход-.выход 21 и блок 13.

В режиме многоканального аналого-цифрово-. го преобразования микропрограммировацием можно организовать различные методы аиалоro-цифрового преобразования, например последовательного приближения, йерезарядного урав-. новешивания, комбинированные и т.и. Кроме того, можно реализовать различные алгоритмы

4 d

АЛУ в регистр 15 старших разрядов, запись выходного напряжения с преобразователей 17 и 18 пересылки в устройство 3; результат сравнения иэ блока 4 сравнения в регистр 9; сдвиг содержимого АЛУ в сторону младших разрядов на 1; пересылка содержимого АЛУ в блок

13; сложение в АЛУ содержимого регистра и блока 11; если сигнал триггера переполнения

АЛУ равен нулю, то переход к третьему действию; считывание выходного кода.

Рассмотренный алгоритм легко модифицируется на случай многоканашного преобразования.

Следует отметить, что развитие средства мик ропрограммироваиия в микропроцессоре позволяет проводить непрерывный контроль ъ диагностику практически всех его блоков. При этом операции контроля ь. гут проводиться в . специльно выделенном временном интервале или проводиться параллельно с основным алгоритмом функционирования. Данное качество весьма ценно для систем управления и контроля технологических процессов, где традиционно оно достигается за счет значительных дополнительных аппаратурных затрат.

Таким образом, в основу работы аналого-. цифрового микропроцессора заложены принципы многофункциональности, контролируемости и микропрограммируемости, Кроме традиционных микрокоманд микропроцессор выполняет широкий набор. аналоговых н аналого-цифровых микрокоманд, что позволяет реализовать различные варианты специализированных аналого-цифровых систем, а также систем управления, систем сбора и обработкн аналоговой информации и т.п.

Применение микропроцессора в подобных системах упрощает процесс проектирования, изготовления и эксплуатации этих систем, сокращает объем оборудования и расширяет их функциональные воэможности.

Формула изобретения

Аналого-цифровой микропроцессор, содержащий регистр мйкрокоманд, вход которого является. управляющим входом микропроцессора, а выход подкжочен к входу дешифратора мнк рокоманд, блок ввода-вывода, арифметнко-логическое устройство, блок памяти данных, регистр, блок регистровой памяти, управляющие входы которого соединены с выходом дешифpampa микрокоманд, первый вход и выход блока ввода-вывода являются соответственно входом и выходом микропроцессора, выход арифметико-логического устройства и второй выход блока ввода-вывода подключены к ин- . формационным входам регистра, блока памя5 85802 опроса аналоговых каналов и их динамическую смену. В этих режимах осуществляется также необходимая цифровая обработка данных.

Режим многоканальной аналоговой обработки содержит операции коммутации каналов, выборки входного сигнала определенного канала в устройство, циклический сдвиг аналоговых сигналов в устройстве 3, сложение и вычитание аналоговых сигналов. Следует заметить, mo ячейки устройства 3 имеют вход сиг- 0 нала обнуления. Кроме того, старший разряд регистра 15 определяет знак выходного напряжения преобразователей 17 и 18.

В комбинированном режиме возможно произвольное программно определяемое распреде- э ление функдий и методов. В частном случае микропроцессор может реализовать четырехкайальиое аналого-цифровое преобразование, цифровую обработку полученных данных, формирование циФровых кодов травления и пре- ро образование их в аналоговую форму по четырем каналам.

Все .многообразие функционирования микропроцессора осуществляется с помощью микрокоманд, которые условно можно разделить на следующие группы: выборка входного аналогоsoro сигнала; передача аналогового сигнала с преобразователей 17 и 18 в устройство 3; пересылка аналоговых сигналов с выходов усгройсза 3 иа его вход ц вь та е и ело- Зо жение айалоговых снгйалов; обнуление ячеек устройства 3 коммутация выходов схем срав.,иейии блоке 4 в регистр 9; запись кодов в регистр 17 старших разрядов из регистров об. щего назначения блока 14, из АЛУ, из блока

13 ввода-вывода; запись кодов в регистр 18 младпих разрядов; традиционнью микрокоманды микропроцессора (логические и арифмети.ческие действия В АЛУШТ пересылки кодовф управление вводом-выводом и др.).

При вьшопнении микропроцессора в одном

° корпусе распределение внешних cmaanos микронроцессора по ножкам корпуса при наличии корпуса с 40 выводами следующее: 8 аналоговых входов, 8 38330FoBMx выходов; 8 цифро- 45 вмх входов и выходов; 9 входов регистра 24 микрокоманд; 2 входа синхрониэашш; 3 .но. минала питания; выход триггера состояния АЛУ „ вывод шины нулевого потенциала

В качестве примера вьшопнения микропроцессором аналого-цифровых функций рассмотрим микропрограммную реализацию одноканального аналого-цифрового преобразования, вьпазлия: емого по методу поразрядного уравновешивания. Алгоритм цодобиого аналого-цифрового преобразования может быть представлен s сиедующем виде: выборка аналогового сигнала с первого входа в устройство 3; запись единицы . в старший разряд АЛУ 10; пересылка . кода из

7 858024 ти данных и блока регистровой памяти, выход которого подключен к информационным входам регистра, блока памяти данных и к второму входу блока ввода-вывода, выходь регистра и блока памяти данных соединены соответ. ственно с входами арифметико-логического устройства, выход которого соединен с вторым входом блока ввода-вывода, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения коэффипиента использования оборудования и увеличения гибкости, в него введены две группы элементов коммутации аналоговых сигналов, аналоговое запоминающее устройство, блок сравнения, коммутатор цифровых сигналов, коммутатор аналоговых сигналов, регистр стар- з ших разрядов, регистр младших разрядов, два преобразователя кода в напряжение, два элемента коммутации аналоговых сигналов и сумматор, управляющие входы которых подключены к выходу дешифратора микрокоманд, ин- !о формационные входы регистров старших и младших разрядов соединены с выходами арифметико-логического устройства, блока регистровой памяти и с вторым выходом блока ввода-вывода, выход регистра старших разрядов соеди- 2s нен с входом первого преобразователя кода в напряжение, выход регистра младших разрядов соединен с входом второго преобразователя кода в напряжение, выходы первого и второго преобразователей кода в напряжение сде-

8 единены соответственно с входами сумматора, выход которого подкшочен к входу первого элемента коммутации аналоговых сигналов, входы элементов коммутации аналоговых сигналов первой группы соединены соответственно с аналоговыми входами микропроцессора, а выходы — соответственно с входами первой группы аналогового запоминающего устройства, входы второй группы которого подключены соответственно к выходам элементов коммутации аналоговых сигналов второй группы, входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго элеменхов коммутации аналоговых сигналов, выходы аналогового запоминающего устройства соединены соответственно с аналоговыми выходами микропроцессора, с входами коммутатора аналоговых сигналов и с входами блока сравнения, выходы которого нодклвюны соответственно к входам коммутатора цифровых сигналов, выход которого соединен е информационным входом регистра, выход коммутатора аналоговых сигналов соединен: с входом второго элемента коммутапии аналоговых сигналов.

Источники информации, цринятые во внимание при экспертизе

1. Е3есь опИз. 1975, У 2О, с. 148.

2. Хилбурн Дж„Джулщ П. Микро-ЭВМ и микропроцессоры. М.-„"Мир", 1979, с. 248 (проч то тип),