(54) АНАЛОГО-ЦИФЮВОЙ МИКРОПРОЦЕССОР(54) ANALOG-DIGITAL MICROPROCESSOR
Изобретение относитс к вычислительной технике и может быть использовано в устройствах преобразовани и обработки цифровой и аналоговой информации различных информационноизмерительных и управл ющих систем. Известно устройство, содержащее аналоговый коммутатор, аналоговое запоминающее устройство , преобразователь напр жени в код, регистр адреса канала и устройство синхронизации 1. Устройство вьшолнено в виде единого модул однако его : возможности ограничены только операци ми коммутации аналоговых входов, фиксации напр жений и преобразованием их в цифровой код. С помощью этого устройства невозможно произвести цифровую программную обработку взиных и осуществить цифроаналоговое преобразование. Наиболее близким по технической сущности к изобретению вл етс микропроцессор, содержащий аккумул тор данных магистрали и входной регистр, входы которых соединены с магистралью , а выходы - с входами арифметикологического устройства, выход которого соедивен с магастралью, регистр и дешифратор микрокоманд . Лдштый микропроцессор вьгаош{«н конструктивно в виде одной микросхемы имеет широкие возможности в области цифровой обработки шфэрмащга (2). Недостатком его :етл етс возможность только t poBbix ввдсж обработки информащш. fsaatase систем а&томатизироваш{ого и автоматического управле1ш и контрол требует создани ytraBepcajKHoro модул , позвошгющего реализовать аналогов, а алого-ц(|фрсфые и цифровые 4 нк1$й . Пр мое решешю данной проблемы заключаетс в простом объеда егаш цифрового микропроцесссфа с модул иж аналоговой и аналого-шфровой обработки входной информации и дафроашшоговыми MOJO: л ми обработки выхошюй цифровой информации . Модуль, построенный по такому принципу, должен содержать входной коммутатор, аналоговые тапоминакщие устройства, р д преобразо1вателей напр жени в код и преобразователей кода в напр жение различной точности и бьгстродействи , а также микрспроцессор. 38 Создание такс -о модул встречает целый рад структурных, конструктивных и технолоппеских трудностей. Кроме того, подобный модуль не будет обладать габкостью в аналогоцифровых функци х, что не допустит или еделает «фезвычайно избыточным его применение в р де задач. Цель изобретени - повышение коэффициента использовани оборудовани , увеличение гибкости микропроцессора. Поставлаша цель достигдатс тем, что микропроцессор , содержаищй регистр микрокоманд вход которого вл етс управл ющим входом микропроцессора, а выход подключи к входу дешифратора микрокоманд, блок ввода-вывода арифметико-логическое устройство, блок пам ти данных, регистр, блок регистровой пам ти , управл ющие входы которого соеданены с выходом децшфратора микрокоманд, первый блока Ввода-вьтода вл ютс соответствещо входом и выходом микропроцессора, выход арифметико-логического устройства и второй выход блока ввода-вьшода подключены к информационным входам регистра, биока пам ти данных и блока регистровой пам ти, выход которого подключён к информационным входам регистра, блока пам ти данных и к вт(ЧН)му входу блока ввода-вьшода, выходы регистра и блока пам ти данных соединены соответственно с входами, артфметико-логического устройства, выход которого соединен с вторым входом блока ввода-вывода, введены две группы элементов коммутации аналоговых сигналов, аналоговое запоминающее устройство блок сравнени , коммутатор цифровых сигнале , коммутатор аналоговых сигналов, регистр старших разр дов, регистр младших р р дов, двй преобразовател кода в напр жение, два злемеига коммутации аналоговых сигналов и сумматор, управл ющие входы которых подключенЫ к выходу дешифратора микрокоманд информационные входы регастров старших и младцшх разр дов соединены с выходами ариф метико-логического устройства, блока регистровой пам ти И с вторым выходом блока вво да-вывода, выход регистра старших разр дов соедше с входом первого преобразовател кода в напр же1ше, выход регистра младших рк р дрв соединен с входом второго преобразовател кода в напр жение, выходы первого и второго преобразователей кода в напр жение со данеш) соответста0нно с входами сумматора, вы которого Подключен к вход первого элемента к аналоговых сигналов, входы элементов KONiiMyTanBlH аналоговых сигналов оервсй группы оавдииены соответагвенво с аналоговыми входа tsffl мшсропроцоссора, а выходы - соответствеиш с эходами ервой группы аналогового завоАОошс цего устройства, входы второй групы которого подключены соответственно к вь1-л одам элементов коммутации аналоговых сигалов второй группы, входы которых соединеы соответственно с выходами первого и втоого элементов коммутдпщ аналоговых жтов , выходы аналогового запоюшаккцего устойства соединены соответственно с ашшогсшыи выходами микропроцессора, с входа1 в1 комутатора аналоговых сигналов и с входами лока сравнени , выхода которого :подкл1о 1Ы оответственно к входам коммутатора цифроых сигналов, выход которого соединен с инормаилонным входом регистра, выход комутатора аналоговых (жгналов соединен с вхоом второго элемента коммутации аналоговых игналов. Ш чертеже представлена схема микропроцес-; сора. Микропроцессор содержит группы i и 2 элементов коммутации аналоговых сигналов, аналоговое запоминающее устройство 3, блок 4 сравнени , коммутатор 5 аналоговьга; сигналов, выход 6 микропроцессора, элемент 7 коммутации аналоговых сигналов, коммутатор 8 цифровых сигналов, регистр 9, арифметико-логическое ус:фойство (АЛУ) 10, блок 11 пам ти данных, магастраль 12, блок 13 ввода-вывода, блок 14 регистровой пам ти, регистр 15 стар ших разр дов, регистр 16 младших разр дов, преобразователи 17 и 18 кода в напр же1ше, сумматор 19, элемент 20 коммутации аналоговых сигналов, цифровой вход-выход 21 микропроцессора , аналоговые входы 22 микропроцессора , управл ющий вход 23 микропроцессора регистр 24 микрокоманд, дешифратор 25 микрокоманд, цепи 26 св зи. Микропроцессор работает следующим образом . В основе работы микропроцессора лежит принцип микропрограммного управлени , функциршровй1ше микропроцессора возможно в ремдаме щфровой обработки даш.ых, режиме многоканального аналого-щфровогб и цифроаналогового преобразовани и об тботки, режиме мног4жанальной аналоговой обработки, в программно-комбинированном режйме. В режиме цифровой обраб1Е Т Ш щ помощи микрокоманд, nocTyitatetoax ю ввешних устройсвв и регистр 24 AoocpoKOMafQi, осуществл етс арифметическо-логйчеС1« обработка цифровых даннь х, шркутру-ютух %рз Цифровой входгвыход 21 и блок 13. В режиме мншюканального ашлого-цифр ого преобразовани микропрограмкшроващюм можно организовать различные MetoJPtbi аналого-1щфрового преобразовани , шпршмер последовательйЬго риближени , перезгф дас х) урав-. новещиваш , комбинированные и тл. Кроксе того, можно реализовать различные алгоритмы отроса аналоговых каналов и их динамическую смену. В этих режимах осуществл етс также необходима цифрова обработка данных. Режим многоканальной аналоговой обработки содержит операции коммутации каналов, входного сигнала определенного канала в устройство,-циклическийсдаиг аналоговых сигналов в устройстве 3, сложение и вычиташе аналоговых сигналов. Следует заметить , о чейки устройства 3 инюют вход сигнала обнулени . Кроме того, старший разр д регистра 15 определ ет знак выходного напр жени преобразователей 17 и 18. В комбинированном режиме возможно произвольное программно определ емое распредепение функций и методов. В частном лопсропроцессор может реализовать четырехка1Ш1ьно9 аналого-щфровое преобразование, Щ1фровук обработку полученных данных, формирование цифровых кодов управлени и преобразование их в аналоговую форму по четырем каналам. Все многообразие функционировани микропроцессора осуществл етс с помощью микрокоманд , которые условно можно разделить на следующие группы: выборка входного аналоговото сигнала; передача аналогового сигнала с вреоЗразователей }7 и 18 в устройство 3; пеpeebunot анапог вых сигналов с выходов устройства 3 на его входа; вь читание или еложение га1алоговых сигналов; обнулеш1ё чеек ус7{Х Ю1гва 3 коммутаци выходов схем срав .,йе«й«б ока 4 в регистр 9; запись кодов в регистр 17 ста1Я1ШХ разр дов из регистров общего тзначени блока 14, из АЛУ, из блока 13 ввода-вывода; запись кодов в регистр 18 душадагих разр дов; традиционные микрокоман ды микропроцессора (логаческие и арифметические действи в AJ&, пересылки кодов, управление вводом-вьшодом и щ.). Щп вьшолненки мйкропро{{ессора в одном распределение внешних сигналов лшкропроцессора по ножкам кЬ{Я1уса при налишга корпуса с 40 выводами следун цее: 8 fiaAoroвых входов; 8 аналоговых выходов; В цифроэьк входов и выходов; 9 входов регистра 24 мшсрокоманд; 2 входа синхронизащш; 3 но мгашла питшш ; вьисод триггера (сто шш АЛУ вывод шины нулевого по сенциала. В качестве примера вьтолшни Mi ponpoцессором аналого-щфровых функций рассмо три Микропрогракшную реализаци однокачальвого аналого-цифрового преобразовани , вьшолн емаго по методу пор аэр дного уравновеишвани . Алгоритм цодобного аналого-цифрового прео азовани может быть представлен в следующем виде: ъыборкл аналогового сигнала с первого входа в устройство 3; запись еданицм в старший разр д АЛУ 10; пересылка; кода to АЛУ в регистр 15 старших разр дов; запись выходного напр жени с преобразователей 17 и 18 пересылки в устройство 3; результат сравнени из блока 4 сравнени в регистр 9; сдвиг содержимого АЛУ в сторону младших разр дов на i; пересылка содержимого АЛУ в блок 11; сложение в АЛУ содержимого регистра и блока 11; если сигнал триггера переполнени АЛУ равен нулю, то переход к третьему действию; считывание выходного кода. Рассмотренный алгоритм легко модифицируетс на случай многоканаш ного преобразовани . Следует отметить, что развитие средства микропрограммировани в микропроцессоре позвол ет проводать непрерьшный контроль и диагностику практически всех его блоков. При этом операции контрол N.oryT проводитьс в .специа;в но выделенном временном интервале или проводитьс параллельно с ocHOBHbfM алгоритмом функционировани . Данное качество весьма ценно Дл систем управлени и контрол технологических процессов, где тртдиционно оно достигаетс за счет значительных дснюлнительных аппаратурных затрат. Таким образом, в основу работы аналогоцифрового микропроцессора заложе1п 1 принципы многофункциональности, контролируемости и микропрограммируемост . Кроме традиционных микрокоманд микропроцессор выполн ет широкий набор аналоговых и аналого-цифровых микрокоманд, что позвол ет реализовать различные варианты специализированных аналого-цифровых систем, а также систем управлени , систем сбора и обработки аналоговой информации и т.п. Применение микропроцессора в подобных системах упроЩает процесс проектировани , изготовлени и зксвлуатащга зтих систем, сокращает объем оборудовани и расигар ет их функщганальные возможности. изобретени Аналого-цифровой микропроцессор, содержащий регастр дйнсрокоманд, вход которого вл етс , управл ющим входом м кропршессора, а выход подключен к входу дешифратсфа мик рокоманд, Ёйок ввода-вывода, артфметико-логическое устройство, блок пам ш данных, регистр , блок регистровой пам ти, управл юцще хода которого соединены с выходом дешифратора микрокоманд, первый вход и выход лока ввода-вывода вл ютс соответственно ходом в вь ходом М1жрапроцессора, выход рифметюсо-логнческого устройства и ыход блока Швода-вывода подключены к инорма сйонным входам регистра, блока пам 785 ТВ данньк блока регистровой пам ти, выход которого подключен к информавдонным входам регистра, блока пам ти второму входу блока ввода-вьгаода, выходы регистра и блока пам ти данных соединены соответственно с входами арифметико-логического устройства, выход которого соединен с вторым входом блока ввода-вывода, отличающийс тем, 7ГО, с целью повышени коэффициента ишользовани оборудовани и увеличени гибкости, в него введены две группы элементов коммутации аналоговых сигналов , аналоговое запоминающее устройство, блок сравнени , коммутатор цифровых сигналов, коммутатор аналоговых сигналов, регистр старших разр дов, регистр младших разр дов, два преобразовател кода в напр жение, два элемента коммутации аналоговых сигналов и сумматор , т1равл ющне входа которых подключены к выходу дешифратора микрокоманд, ивф фмационные входы регистров старших и мла ших разр дов соединены с выходами арифметико-логического устройства, блока регистровой пам ти и с вторым выходом блока ввода-вывода , выход регистра старших разр дов соединей с входом первого преобразовател кода в напр жение, выход регистра младших разр дов соединен с входом второго преобртзовател кода в напр чсение, выходы первого и второго преобразователей кода в напр жение сйеединены соответственно с входами суммаюрл, выход которого подключен к входу первсйо элемента коммутации аналоговых с пиалов, входы злеменгов коммутации аналоговых сигналов первой группы соедине ь соответствен- но с аналоговыми входами микропроцессора, а выходы - соответственно с входами первой группы аналогового запоАганающего устройства, входы второй группы пбдключены соответственно к выходам злементов коммутащш аналоговых сигналов второй группы, входы которых соединегал соответственно с выходa ш первого второго злеменхдв коммутации . аналоговых сигналов, выходы аналогового запоминающего устройства соединены соответственно с аналоговыми выхода1 га микропроцессора , с входами коммутатора аналоговых сигналов и с входами блока сравнени , выходы которого подключены соответственно к вхо{Щм коммутат( 1ЩФРОВЫХ сигналов, выход которого соедш н с информационным входом регистра, коммутатора аналоговых сигналов сЬед1В{Ш. с входом второго элемента коммутации ашлоговых с гнглав. Источники информахщи, прин тые во внимание П{ж экспертизе 1.Electronics. 1975, № , с. 148. 2. Дж., Джуш; П. Микро-ЭВМ и микропроцессоры. М. Мир, 1979, с,-248 (про-/ тотип).The invention relates to computing and can be used in devices for converting and processing digital and analog information of various information measurement and control systems. A device containing an analog switch, an analog storage device, a voltage converter into a code, a channel address register, and a synchronization device 1 is known. The device is implemented as a single module, however it is: the possibilities are limited only by switching operations of analog inputs, fixing voltages and converting them to digital code. With the help of this device it is impossible to make digital software processing of the data and to carry out digital-analog conversion. The closest in technical essence to the invention is a microprocessor that contains the accumulator of the trunk data and the input register, the inputs of which are connected to the highway, and the outputs - to the inputs of an arithmetic unit whose output is connected to the magastral, the microinstruction register and decoder. An ordinary microprocessor is {{n} structurally in the form of a single microcircuit and has ample opportunities in the field of digital machining (2). The disadvantage of it is that the possibility of processing information only by t poBbix for all the information is emta The fsaatase of the a & and automated and automatic control and monitoring system requires the creation of a ytraBepcajKHoro module, which allows you to realize analogs, and a scarlet (| frsfye and digital 4 nk1 $ y. Direct solution of this problem lies in a simple combination of the digital microprocessor and the digital microprocessor module and the digital module). analogue and analogue-shfrovoy processing of input information and data loss MOJO: processing of outdated digital information. A module constructed according to this principle should contain an input switchboard, analogue reminders, a series of transforms Leu code voltage and code converters to voltages of varying accuracy and speed, as well as a microprocessor. 38 Creating a tax-o module meets a whole range of structural, structural and technological difficulties. In addition, such a module will not have the closeness in analog-digital functions, which does not allow or makes "extremely redundant its use in a number of tasks. The purpose of the invention is to increase the utilization rate of equipment, increase the flexibility of the microprocessor. The goal is achieved by the fact that the microprocessor, containing the micro-command register, whose input is the control input of the microprocessor, and connect the output to the micro-command decoder input, the I / O unit, the arithmetic logic unit, the data memory, the register, the register memory block, the control The input inputs of which are connected to the output of the microcommand decryptor, the first Input-output block is the corresponding input and output of the microprocessor, the output of the arithmetic logic unit and the second output of the input-output interconnect Yucheny to the information inputs of the register, data bio-memory and register memory block, the output of which is connected to the information inputs of the register, data memory block and W (PR) input of the input-output block, the register and data memory block outputs are connected respectively with the inputs, an art-logical-logic device, the output of which is connected to the second input of the I / O unit, two groups of switching elements of analog signals are introduced, the analog storage device is a comparison unit, a digital signal switch, an analog switch ignals, high-order register, lower-order register, two code-to-voltage converter, two analogue signal switching terminals and an adder, the control inputs of which are connected to the micro-command decoder output; the information inputs of the high and low registers are connected to the outputs of the microcode -logical device, register memory block AND with the second output of the input-output block, the output of the high-order register is connected to the input of the first code converter in the first direction, the output of the lower register pk p drv is connected to the input of the second code-to-voltage converter, the outputs of the first and second code-to-voltage converters with danes) correspond to the inputs of the adder, which you connected to the input of the first element to analog signals, the inputs of the KONiiMyTanBlH elements of the analog signals of the service group of the antenna correspond to analog inputs of the signals; and the outputs correspond to the first group of analogue analogue devices, the inputs of the second group of which are connected to the analogue switching elements of the analogue needles of the second group, the inputs of which are connected respectively to the outputs of the first and second elements of the analogue commutators, the outputs of the analogue signaling device are connected respectively to the microprocessor's outputs, from input1b1 of the analogue signal switcher and to the comparison input inputs whose output is connected to 1 response. digital signals, the output of which is connected to the non-memory input of the register, the output of the analog switch (the signals are connected to the input of the second switching element of the analog Ignalov. Ø the drawing shows a microprocess diagram; litter. The microprocessor contains groups of i and 2 switching elements of analog signals, analog storage device 3, unit 4 comparisons, switch 5 analogue; signals, microprocessor output 6, analog signal switching element 7, digital signal switch 8, register 9, arithmetic logic unit: face (ALU) 10, data memory block 11, magastral 12, input-output block 13, register memory block 14 ti, register 15 high bits, register 16 low bits, converters 17 and 18 codes in current, adder 19, switching element 20 analog signals, digital input-output 21 of the microprocessor, analog inputs 22 of the microprocessor, control input 23 of the microprocessor register 24 microinstructions, decoder 25 mic rokomand, chain 26 links. The microprocessor works as follows. The microprocessor is based on the principle of microprocessor control, the functions of the microprocessor are possible in the remdam of digital processing of data, the mode of multichannel analog-micron and digital-analog conversion and processing, the mode of multichannel analog processing, in a software-combined mode. In the mode of digital processing, using microinstructions, nocTyitatetoax, and dongles and register 24 AoocpoKOMafQi, arithmetic-logic C1 is carried out, processing digital data, shirkutru-yutuh% pz Digital input 21 and block 13. In the mode of the digital output, the command is assigned. Firmware can be used to organize various MetoJPtbi analog-to-digital transformations, spriggers of the following sequence, perezgf das x) equalizer. novishivash, combined and tl. Moreover, it is possible to implement various algorithms for the reproduction of analog channels and their dynamic change. In these modes, digital data processing is also required. The multichannel analog processing mode contains the operations of switching channels, the input signal of a specific channel into a device, the cyclic analog and signal signals in device 3, the addition and subtraction of analog signals. It should be noted that the cells of the device 3 are injected into the zero signal input. In addition, the high-order bit of register 15 determines the sign of the output voltage of the transducers 17 and 18. In the combined mode, an arbitrary software-defined distribution of functions and methods is possible. In a private loop processor, it can implement four-channel-one-nine analog-to-digital conversion, digital processing of the received data, generation of digital control codes and their conversion to analog form over four channels. All the variety of functioning of the microprocessor is carried out using microcommands, which can be divided into the following groups: sampling of the analogue signal input; transfer of an analog signal from a timing adapter} 7 and 18 to device 3; Peebenot anaphog signals from the outputs of the device 3 to its input; Read or compile voice alarms; zeroing of the cells us7 {Х Ю1гва 3 switching of the outputs of circuits srav., ye “4 b in the register 9; writing codes to the register of 17 st1Н1ШХ bits from the general value registers of block 14, from the ALU, from block 13 of input-output; writing codes to the register of 18 soul-discharged bits; traditional micro-processor microprocessor methods (logical and arithmetic operations in AJ &, code transfer, input-output control, and sch). Shchp vsolnenki mykropro {{Essor in one distribution of external signals from an internal processor on the legs of kb {I1us with a case with 40 pins following trace: 8 fiaAoro inputs; 8 analog outputs; In digital inputs and outputs; 9 register entries for 24 commands; 2 inputs sync; 3 but mgashla pitshshsh; Trigger option (one hundred percent of the ALU output of the zero-potential bus. As an example, the Mi-processor of analog-to-digital functions is considered three microprogrammed implementation of the single-analog-to-digital conversion, performed using the method of a real-time, for example, I’I haven, I) and I have I’m there)), I have I’m there), I’ d i'm there)), I have I’ d i nal i d i nal i nt – i rs, I’m there), I have I’m there), I have I’m on my head, I have I’m on my head, I have my own presented in the following form: sampling of the analog signal from the first input to the device 3; writing one high-order bit to the ALU 10; sending; code to the ALU to the register 15 high-order bits; writing the output voltage from converters 17 and 18 forwarded to device 3; comparison result from comparison block 4 to register 9; shifting the contents of the ALU towards the low-order bits by i; forwarding the contents of the ALU to block 11; adding the register and block 11 to the ALU; if the trigger signal the overflow of the ALU is zero, then the transition to the third step; reading the output code. The considered algorithm is easily modified for the case of a multi-turn conversion. It should be noted that the development of a microprocessor microprocessor allows programming Terry monitoring and diagnostics of almost all its blocks. In this case, N.oryT monitoring operations are carried out in a special mode, but in a dedicated time interval or carried out in parallel with the ocHOBHbfM functioning algorithm. This quality is very valuable for process control and monitoring systems, where it is traditionally achieved at the expense of significant hardware costs. Thus, the basis of the operation of the analog-digital microprocessor lies in the principles of multifunctionality, controllability and microprogrammability. In addition to traditional micro-instructions, the microprocessor performs a wide range of analog and analog-digital micro-instructions, which allows for the realization of various variants of specialized analog-digital systems, as well as control systems, systems for collecting and processing analog information, and the like. The use of a microprocessor in such systems simplifies the process of designing, manufacturing, and operating these systems, reduces the amount of equipment and increases their functional capabilities. Invention An analog-to-digital microprocessor containing a register of dynamic commands, whose input is the control input of the censor and the output is connected to the input of the descramble microcommands, I / O device, art-metric-logical unit, data memory block, register, register memory These controls, whose control is connected to the output of the microinstructor decoder, the first input and output of the I / O lock are respectively the input of the M1 interprocessor, the output of the rhymetho-logic device and the output of the input-and-output unit are connected to the airborne inputs of the register, the memory block 785 TV dann of the register memory block, the output of which is connected to the information inputs of the register, the memory block, the second input of the input-output block, the register outputs and the data memory block, respectively, are connected to the inputs of the arithmetic logic unit, the output of which is connected to the second input of the I / O unit, different from that of 7GO, in order to increase equipment utilization and increase flexibility, two groups of switching elements of analog signals are introduced into it, a second storage device, a comparison unit, a digital signal switch, an analog signal switch, a high-order register, a lower-order register, two code-to-voltage converters, two analog signal switching elements and an adder, each of which is connected to the output of the micro-instructions decoder, Ivf the function inputs of the high and low bits registers are connected to the outputs of the arithmetic logic unit, register memory block and to the second output of the I / O block, the output of the high bits register Connections to the input of the first code-to-voltage converter, the output of the lower-order register is connected to the input of the second code converter to the voltage; the outputs of the first and second code-to-voltage converters are connected to the summing-line inputs, the output of which is connected to the input of the first analog switching element from the pals, the inputs of the switching terminals of the analog signals of the first group are connected, respectively, with the analog inputs of the microprocessor, and the outputs, respectively, with the inputs of the first group of analog signals About the triggering device, the inputs of the second group are respectively connected to the outputs of the commutator analog signals of the second group, whose inputs are connected respectively with the output of the first second second element of the switching. analog signals, the outputs of the analog storage device are connected respectively to the analog outputs 1 hectare of the microprocessor, to the inputs of the switch analog signals and to the inputs of the comparator unit, the outputs of which are connected respectively to the input {Schm switch (1 SIGNAL signals whose output is connected to the information input of the register, the switch analog signals of ced1B {W. with the input of the second switching element of the Ashglove with gnglav. Sources of information taken into account in the P {w examination 1.Electronics. 1975, №, p. 148. 2. J., Jules; P. Micro - Computers and microprocessors. M. Mir, 1979, p., -248 (pro- / totype).