CS240137B1

CS240137B1 - Device for minicomputer analog outpus extension

Info

Publication number: CS240137B1
Application number: CS847350A
Authority: CS
Inventors: Jindrich Sykora
Original assignee: Jindrich Sykora
Priority date: 1984-09-28
Filing date: 1984-09-28
Publication date: 1986-02-13
Also published as: CS735084A1

Description

Vynález se týká zařízení pro rozšíření analogových výstupů mikropočítače, složeného z výstupního obvodu mikropočítače, vstupního interfaceového obvodu s galvanickým oddělením, z jednoho nebo více výstupních interfaceových obvodů, převodního obvodu a jednoho nebo více výstupních analogových obvodů.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The invention relates to a device for extending analog outputs of a microcomputer comprising a microcomputer output circuit, an input interface circuit with galvanic isolation, one or more output interface circuits, a conversion circuit, and one or more analog output circuits.

Až dosud se používají pro vytvoření analogového signálu obvody, které se připojují přímo na sběrnice mikropočítače a procesor s nimi komunikuje jako s pamětí nebo vstupvýstupním zařízením. Přímé připojení na sběrnici vyžaduje použití složitých a drahých bloků, jako jsou úplné adresové dekodéry, třístavové datové budiče, systémové sběrnicové obvody atd. U mikropočítačů pro průmyslovou regulaci, kde je požadavek úplného galvanického oddělení mikropočítače od okolí, je nutno ještě provést pomocí interfaceových obvodů galvanické oddělení analogových signálů získaných výše uvedeným způsobem.Until now, circuits that are connected directly to the microcomputer buses have been used to generate an analog signal and the processor communicates with them as a memory or input / output device. Direct bus connection requires the use of complex and expensive blocks, such as full address decoders, three-state data drivers, system bus circuits, etc. For industrial control microcomputers where full isolation of the microcomputer from the environment is required separating the analog signals obtained as described above.

Nevýhodou stávajícího uspořádání je nutnost použití velkého počtu analogových jednotek v mikropočítači a následné složité galvanické oddělení analogových napětí, které při větším počtu analogových signálů má rozhodující vliv na cenu celého aplikačního mikropočítače.The disadvantage of the present arrangement is the necessity to use a large number of analog units in a microcomputer and the subsequent complicated galvanic separation of analog voltages, which with a larger number of analog signals has a decisive influence on the cost of the whole application microcomputer.

SWITH

Tyto nedostatky odstraňuje zařízení pro rozšíření analogových výstupů mikropočítače podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že první skupinová datová svorka vstupvýstupního obvodu mikropočítače je spojena s výstupní skupinovou svorkou vstupního interfaceového obvodu s galvanickým oddělením. Druhá skupinová datová svorka vstupvýstupního obvodu mikropočítače je spojena se vstupní skupinovou svorkou prvního výstupního· interfaceového obvodu s galvanickým oddělením. Třetí skupinová datová svorka vstupvýstupního obvodu mikropočítače je spojena se vstupní skupinovou svorkou druhého výstupního interfaceového obvodu. Výstupní skupinové svorky prvního a druhého výstupního interfaceového obvodu a vstupní skupinová svorka vstupního interfaceového obvodu s galvanickým oddělením jsou spojeny se skupinovou svorkou dálkového přenosu dat, spojenou pomocí kabelu dálkového přenosu dat se vstupní skupinouvou svorkou převodního obvodu. Výstupní skupinová svorka převodního obvodu je spojena s jednou nebo několika sběrnicovými svorkami jednoho nebo několika výstupních analogových obvodů, jejichž jedna nebo několik výstupních skupinových svorek je spojeno s analogovým skupinovým výstupem celého zařízení.These drawbacks are overcome by the analog output extension device of the microcomputer according to the invention, characterized in that the first group data terminal of the microcomputer input circuit is connected to the output group terminal of the input interface circuit with galvanic isolation. The second group data terminal of the microcomputer input circuit is coupled to the input group terminal of the first output interface circuit with galvanic isolation. The third group data terminal of the microcomputer input circuit is connected to the input group terminal of the second output interface circuit. The output group terminals of the first and second output interface circuits and the input group terminal of the input interface circuit with galvanic isolation are connected to the remote data terminal group connected via the remote data cable to the input group of the converter circuit. The output group terminal of the converter circuit is coupled to one or more bus terminals of one or more output analog circuits whose one or more output group terminals are connected to the analog group output of the entire device.

U každého z výstupních analogových obvodů je jeho sběrnicová skupinová svorka připojena na vstupní skupinovou svorku adresy a řízení dekodéru adresy a jřízení, jehož výstupní svorka je spojena se vstupními řídicími svorkami jednoho nebo několika datových registrů. Skupinové vstupní datové svorky datových registrů jsou spojeny s příslušnou vstupní skupinovou svorkou. Výstupní svorky datových registrů jsou propojeny se vstupními skupinovými datovými svorkami příslušných číslicově-analogových převodníků. Výstupní svorky číslicově-analogových převodníků jsou spojeny s příslušnou výstupní svorkou každého z výstupních analogových obvodů.For each of the analog output circuits, its bus group terminal is connected to the address group input terminal and the address and control decoder control, the output terminal of which is connected to the input control terminals of one or more data registers. The group input data terminals of the data registers are connected to the corresponding input group terminal. The output terminals of the data registers are connected to the input group data terminals of the corresponding D / A converters. The output terminals of the D / A converters are connected to the respective output terminal of each of the analog output circuits.

Výhodou zařízení podle vynálezu je zejména skutečnost, že ke galvanickému oddělení mikropočítače od okolního prostředí, dochází na číslicové straně, tj. před přenosem informace pomocí kabelu dálkového přenosu dat. Toto oddělení lze provést běžnými číslicovými interfaceovými obvody a provádí se pouze jednou pro celý analogový systém, takže zejména při větším počtu analogových signálů se dosáhne značných ekonomických úspor. Další výhodou zařízení podle vynálezu je, že sběrnice dálkového přenosu dat buzená převodním obvodem je jednodušší než sběrnice mikropočítače a tedy i adresové dekodéry, datové budiče číslicově-analogových převodníků jsou jednodušší než při klasickém řešení, kdy jsou číslicově-analogové převodníky připojeny přímo na sběrnici mikropočítače. V neposlední řadě je možno při použití zařízení podle vynálezu umístit číslicově-analogové převodníky přímo v místě připojení analogových signálů. Přenos informace na větší vzdálenost probíhá číslicově dálkovým přenosem dat. Tak je možno se zcela vyhnout problémům způsobeným chybou přenosu analogových signálů na větší vzdálenost.An advantage of the device according to the invention is in particular that the galvanic separation of the microcomputer from the environment occurs on the digital side, i.e. before the transmission of information by means of a remote data transmission cable. This separation can be accomplished with conventional digital interface circuits and is performed only once for the entire analog system, so that considerable economical savings are achieved, especially with a larger number of analog signals. Another advantage of the device according to the invention is that the remote data bus excited by the conversion circuit is simpler than the microcomputer bus and hence the address decoders, the digital-to-analog data drivers are simpler than the conventional solution where the digital-to-analog converters are connected directly to . Last but not least, when using the device according to the invention, digital-to-analog converters can be placed directly at the point of connection of the analog signals. Transmission of information over long distances is carried out digitally by remote data transmission. In this way, problems caused by the error of transmission of analog signals over a long distance can be completely avoided.

Příklad zařízení podle vynálezu je znázorněn na připojených výkresech obr. 1 a 2. Na obr. 1 je znázorněno blokové schéma zařízení pro rozšíření analogových výstupů mikropočítače, na obr. 2 je znázorněn příklad čtyřkanálového provedení výstupního analogového obvodu.An example of a device according to the invention is shown in the accompanying drawings of FIGS. 1 and 2. FIG. 1 shows a block diagram of a device for expanding analog outputs of a microcomputer; FIG. 2 shows an example of a four-channel embodiment of an analog output circuit.

Na obr. 1 je první skupinová datová svorka 01 vstupvýstupního obvodu A mikropočítače spojená s výstupní skupinovou svorkou 04 vstupního interfaceového obvodu B s galvanickým oddělením. Druhá skupinová datová svorka 02 vstupvýstupního obvodu A mikropočítače je spojena se vstupní skupinovou svorkou 05 prvního výstupního interfaceového obvodu Cl s galvanickým oddělením. Třetí skupinová datová svorka 03 vstupvýstupního obvodu A mikropočítače je spojena se vstupní skupinovou svorkou 06 druhého výstupního interfaceového obvodu C2 s galvanickým oddělením. Výstupní skupinové svorky 03 a 09 obou výstupních interfaceových obvodů Cl, C2 s galvanickým oddělením a, vstupní skupinová svorka-· 07 vstupního interfaceového obvodu B s galvanickým oddělením jsou spojeny se skupinovou svorkou 10 dálkového přenosu dat, která je pomocí kabelu K dálkového přenosů dat spojena se vstupní skupinovou svorkou 11 převodního obvodu D. Výstupní skupinová svorka 12 převodního obvodu D je spojena s první sběrnlcovou . skupinovou svorkou 13 prvního výstupního analogového obvodu El a druhou sběrnicovou skupinovou svorkou 13.1 druhého analogového obvodu E2, přičemž výstupní svorka 14 prvního výstupního analogového obvodu El je spolu s výstupní svorkou 14.1 druhého výstupního analogového obvodu E2 spojena s analogovým skupinovým výstupem 15 celého zařízení. V popisovaném praktickém provedení je použito dvou výstupních ana-. logových obvodů El, E2. Těchto obvodů může být i několik.In Fig. 1, the first group data terminal 01 of the microcomputer input circuit A is connected to the output group terminal 04 of the input interface circuit B with galvanic isolation. The second group data terminal 02 of the microcomputer input circuit A is connected to the input group terminal 05 of the first output interface circuit C1 with galvanic isolation. The third group data terminal 03 of the microcomputer input circuit A is connected to the input group terminal 06 of the second output interface circuit C2 with galvanic isolation. The output group terminals 03 and 09 of both output interface circuits C1, C2 with galvanic isolation a, input group terminal- · 07 of input interface circuit B with galvanic isolation are connected to the remote data transfer terminal group 10, which is connected via a remote data transfer cable K with the input group terminal 11 of the converter circuit D. The output group terminal 12 of the converter circuit D is connected to the first bus. the group terminal 13 of the first analog output circuit E1 and the second bus group terminal 13.1 of the second analog circuit E2, wherein the output terminal 14 of the first analog output circuit E1, together with the output terminal 14.1 of the second analog output circuit E2, is connected to the analog group output 15 of the device. In the described practical embodiment, two output ana- are used. logic circuits E1, E2. There may be several of these circuits.

Na obr. 2 je znázorněno provedení jednoho ze dvou výstupních analogových obvodů. Jeho sběrnicová skupinová svorka 13 je připojena na vstupní skupinovou svorku 20 adresy a řízení dekodéru adresy a řízení F, jehož výstupní skupinová svorka 21 je spojena se vstupní svorkou 22 prvního datového registru Gl, se vstupní svorkou 24 druhého datového registru G2, se vstupní svorkou 26 třetího datového registru G3 a se vstupní svorkou 28 čtvrtého datového registru G4. Vstupní datové skupinové svorky 23, 25, 27, 29 všech čtyř datových registrů Gl, G2, G3, G4 jsou spojeny se sběrnicovou skupinovou svorkou 13. Výstupní skupinová svorka 30 prvního datového registru Gl je propojena na vstupní skupinovou svorku 34 prvního číslicově-analogového převodníku Hl, výstupní skupinová svorka 31 druhého datového registru 62 je propojena na vstupní skupinovou svorku 35 druhého číslicově-analogového převodníku H2, výstupní svorka 32 třetího datového registru G3 je propojena na vstupní skupinovou svorku 36 třetího číslicově-analogového převodníku H3 a výstupní skupinová svorka 33 čtvrtého datového registru G4 je propojena na vstupní skupinovou svorku 37 čtvrtého číslicově-analogového převodníku H4. Výstupní svorky 33, 39, 40, 41 všech číslicově-analogových převodníků Hl, H2, H3, H4 jsou propojeny na výstupní skupinovou svorku 14 výstupního analogového obvodu El.Fig. 2 shows an embodiment of one of the two analog output circuits. Its bus group terminal 13 is connected to the address group input terminal 20 and the address and control decoder control F, whose output group terminal 21 is connected to the input terminal 22 of the first data register G1, the input terminal 24 of the second data register G2, to the input terminal 26 the third data register G3 and with the input terminal 28 of the fourth data register G4. The input data group terminals 23, 25, 27, 29 of all four data registers G1, G2, G3, G4 are connected to the bus group terminal 13. The output group terminal 30 of the first data register G1 is connected to the input group terminal 34 of the first D / A converter H1, the output group terminal 31 of the second data register 62 is coupled to the input group terminal 35 of the second digital-analog converter H2, the output terminal 32 of the third data register G3 is connected to the input group terminal 36 of the third digital-analog converter H3 and output group terminal 33 the data register G4 is connected to the input group terminal 37 of the fourth digital-analog converter H4. The output terminals 33, 39, 40, 41 of all D / A converters H1, H2, H3, H4 are connected to the output group terminal 14 of the output analog circuit E1.

Jednotlivé bloky zařízení v příkladu konkrétního provedení předmětu vynálezu je možno charakterizovat takto:The individual blocks of the device in the example of a particular embodiment of the invention can be characterized as follows:

Vstupvýstupní obvod A mikropočítače má tři osmibitové skupinové datové svorky, porty, a v konkrétním případě lze použít například typ 8 255. Vstupní interfaceový obvod B s galvanickým oddělením se používá pro úpravu napěíových úrovní a galvanické oddělení dat přenášených z kabelu K dálkového přenosu dat přes skupinovou svorku 10 dálkového přenosu dat do první skupinové datové svorky 01 vstupvýstupního obvodu A mikropočítače. Výstupní inter240137 faceové obvody Cl, C2 s galvanickým oddělením slouží pro úpravu napěťových úrovní, výkonové zesílení a galvanické oddělení dat vysílaných ze druhé skupinové datové svorky 02 vstupvýstupního obvodu A mikropočítače do dálkového přenosu dat a pro tutéž úpravu signálů adresy a řízení, které jsou vysílány ze třetí skupinové datové svorky 03 vstupvýstupního obvodu A mikropočítače. Převodní obvod D zpracovává signály z kabelu dálkového přenosu dat přiváděné na jeho vstupní skupinovou svorku 11 a vytváří signály pro buzení sběrnice dálkového přenosu dat na své výstupní skupinové svorce 12. Typické provedení této sběrnice je osmibitové datové slovo, sedm bitů adresy a jeden bit vyhrazený pro zápisový impuls. Výstupní analogové obvody El, E2 zpracovávají signály sběrnice dálkového přenosu dat přiváděné na jejich skupinové svorky 13, 13.1 a vytváří výstupní analogové signály. Výstupní analogové obvody El, E2 se skládají z dekodéru F adresy a řízení, čtyř datových registrů Gl, G2, G3, G4 a čtyř Číslicově-analogových převodníků Hl, H2, H3, H4.The microcomputer input circuit A has three 8-bit group data terminals, ports, and in the specific case, for example, type 8255 can be used. Input interface circuit B with galvanic isolation is used to adjust voltage levels and galvanic isolation of data transmitted from cable K a remote data terminal 10 to the first group data terminal 01 of the microcomputer output circuit A. The output inter240137 face circuits C1, C2 with galvanic isolation serve for voltage level adjustment, power amplification and galvanic isolation of data transmitted from the second group data terminal 02 of the microcomputer input circuit A to remote data transmission, and for the same adjustment of address and control signals the third group data terminals 03 of the microcomputer output circuit A. The converter circuit D processes signals from the remote data cable applied to its input group terminal 11 and generates signals for driving the remote data bus at its output group terminal 12. A typical embodiment of this bus is an 8-bit data word, seven address bits and one bit reserved for write pulse. The analog output circuits E1, E2 process the remote data bus signals applied to their group terminals 13, 13.1 and produce analog output signals. The output analog circuits E1, E2 consist of the address and control decoder F, four data registers G1, G2, G3, G4 and four digital-to-analog converters H1, H2, H3, H4.

Z výše uvedeného je zřejmé, že datové slovo mikropočítače je vysláno ze druhé skupinové datové svorky 02 vstupvýstupního obvodu A mikropočítače a po úpravě a galvanickém oddělení je pomocí dálkového přenosu dat zapsáno do určitého datového registru G příslušného výstupního analogového obvodu E. Data z registrů Gl, G2, G3, G4 jsou převáděna číslicově-analogovými převodníky Hl, H2, H3, H4 na analogové výstupní napětí. Informace o tom, do kterého registru má být datové slovo zapsáno, je přenášena pomocí adresy vyslané ze třetí skupinové datové svorky 03 vstupvýstupního obvodu A mikropočítače, přičemž vlastní řídicí signál pro registry je generován pomocí dekodérů F adresy a řízení. Okamžik zápisu dat do registrů Gl, G2, G3, G4 je určen zápisovým impulsem, vyslaným ze třetí skupinové datové svorky 03 vstupvýstupního obvodu A mikropočítače. Kanál, který umožňuje prostřednictvím vstupního interfaceového obvodu B s galvanickým oddělením a převodního obvodu D přenášet datové slovo z datových registrů Gl, G2, G3, G4 do mikropočítače lze použít k diagnostickým účelům pro kontrolu hodnoty výstupních analogových napětí.It is clear from the above that the microcomputer data word is sent from the second group data terminal 02 of the microcomputer's output circuit A, and after adjustment and galvanic isolation, it is written to a particular data register G of the corresponding analog output circuit E by remote data transmission. G2, G3, G4 are converted by analog-to-analog converters H1, H2, H3, H4 to analog output voltage. Information on which register the data word is to be written to is transmitted by the address transmitted from the third group data terminal 03 of the microcomputer input circuit A, the actual control signal for the registers being generated by address and control decoders F. The moment of writing data to registers G1, G2, G3, G4 is determined by the write pulse sent from the third group data terminal 03 of the microcomputer's output circuit A. A channel that allows the data word from data registers G1, G2, G3, G4 to be transmitted to the microcomputer via the input interface circuit B with galvanic isolation and the conversion circuit D can be used for diagnostic purposes to check the value of the analog output voltage.

Zařízení pro rozšíření analogových výstupů mikropočítače podle vynálezu lze použít při aplikaci mikropočítačů a mikroprocesorových systémů pro řízení a regulaci pracovních strojů a technologických procesů. V těchto případech je vzhledem k použití výpočetní techniky v průmyslovém prostředí s vysokou úrovní rušivých signálů samozřejmým požadavkem galvanické oddělení mikropočítače od okolního prostředí. Systém podle vynálezu realizuje toto oddělení efektivním způsobem na číslicové straně a zejména pro vyšší počet analogových signálů výrazně omezuje rozsah a cenu interface aplikačního mikropočítače.The analog output extension apparatus of the microcomputer according to the invention can be used in the application of microcomputers and microprocessor systems for the control and regulation of working machines and technological processes. In these cases, due to the use of computer technology in industrial environments with a high level of interfering signals, it is obvious that the microcomputer is electrically isolated from the surrounding environment. The system according to the invention realizes this separation in an efficient manner on the digital side and, in particular for a higher number of analog signals, greatly reduces the scope and cost of the application microcomputer interface.

Claims

Apparatus for the expansion of microcomputer analogue outputs consisting of an input of a microcomputer output circuit, an input interface circuit with galvanic isolation, one or more analog output circuits, a conversion circuit and one or more analog output circuits, characterized in that the first group data terminal (01) input the output circuit (A) of the microcomputer is connected to the output group terminal (04) of the input interface circuit (B) with galvanic isolation and the second data terminal (02) of the input circuit (A) of the microcomputer is connected to the input group terminal (05) of the first output interface and the third group data terminal (03) of the output of the microcomputer output circuit (A) is connected to the input group terminal (06) of the second output interface circuit (C2), the output group terminals (08, 09) of the first and the other the output interface circuit (C1, C2) and the input group terminal (07) of the input interface circuit of the invention du (Bj with galvanic isolation) are connected to the group terminal (10) of the remote data transmission connected by a cable (Kj of data transmission with the input group terminal (11) a converter circuit (Dj, whose output group terminal (12) is connected to one or more bus group terminals (13, 13.1) of one or more output analog circuits (E1, E2), whose one or more output group terminals (14, 14.1) it is connected to the analog group output (15) of the whole device, wherein for each of the analog output circuits (E1, E2) its bus group terminal is connected to the address input group (20) of the address and control of the address decoder (F). the terminal (21) is connected to the input control terminals (22, 24, 26, 28) of the data registers (G1, G2, G3, G4) ), whose group input data terminals (23, 25, 27, 29) are connected to the respective input group terminal (13, 13.1) and whose output terminals (30, 31, 32, 33) are connected to the input group data terminals (34, 35, 36, 37) of respective digital-to-analog converters (H1, H2, H3, H4), whose output terminals (38, 39,

40, 41) are connected to a respective output terminal (14, 14.1) of each of the analog output circuits (E1, E2J).

2 sheets of drawings