(54) АНАЛОГО-ЦИФЮВОЙ МИКРОПРОЦЕССОР
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).