Brevet FR2415835A1 — publié le 19790824

La présente invention est relative à des systèmes de micro-ordinateurs et plus particulièrement à des systèmes entrée/ sortie universels prévus pour ceux-ci. Au cours de la conception et de la fabrication de systèmes de commande et plus particulièrement de systèmes de commande de micro-ordinateur ou microprocesseur, chaque système doit d'une façon typique être conçu de manière à satisfaire les besoins d'un client particulier, Il en résulte que les systèmes de commande de microprocesseur diffèrent en général entre eux et il est nécessaire de parvenir à un certain degré de normalisation pour obtenir une économie de conception et de dispositions de fabrication. Différents genres de modules comportant des circuits d'entrée ou de sortie semblables multiples ont été utilisés, respectivement, pour les entrées et sorties analogiques et les entrées et sorties numériques, Ceci a entratné des exigences de temps de conception de système excessives et la fourniture de modules de circuit avec un plus grand nombre de circuits inutilisés qu'il ne fallait en prévoir, en particulier dans de petits systèmes de commande d'ordinateur. On a proposé divers genres de conception modulaire pour parvenir à une normalisation dans la technique antérieure, mais il semble qu'aucun n'ait visé les problèmes dépeints dans le présent brevet. Plus particulièrement dans des systèmes de commande hybrides de la technique antérieure et tout spécialement ceux exigeant des schémas d'emballage de système denses , il existe d'une façon typique un manque de broches de sortie dans un connecteur quelconque sélectionné lorsque la configuration du système évolue à partir d'un système comportant une ou deux entrées de micro-ordinateur/une sortie de micro-ordinateur vers un système plus important comportant de 8 à 16 entrées et 3 à 4 sorties de micro-ordinateur.Des modules peuvent permettre une capacité d'expansion mais il est habituellement nécessaire de conserver 4 cartes entrée/sortie différentes pour les différentes entrées et sorties, c'est-à-dire les entrées analogiques et numériques (AI, DI) et les sorties analogiques et numériques (AO, DO). En outre, l'auteur du système doit normalement dépenser un temps précieux pour l'attribution des terminaisons des en trées et sorties analogiques et numériques pour le système de microprocesseur, à un moment précoce dans le cycle de conception, de telle sorte que des estimations puissent être faites quant au nombre requis de baies et armoires et par conséquent quant au prix de revient du système.Une normalisation améliorée du système produit est donc nécessaire pour réduire les frais de conception et de fabrication et afin de libérer le professionnel du système pour une activité exigeant la mise en oeuvre de capacités supérieures. Un but de l'invention est d'offrir un circuit entrée/ sortie universel amélioré dans le but de surmonter les inconvénients de la technique antérieure. Suivant une forme de réalisation de l'invention, un système de micro-ordinateur comprend un microprocesseur avec un câblage entrée/sortie universel et une multiplicité de modules de circuit entrée/sortie comportant chacun une multiplicité de circuits entrée/sortie semblables. Chaque circuit est couplé au cabrage entrée/sortie et également à des terminaux de secteur où un signal d'entrée ou de sortie analogique ou numérique doit être traité. Des moyens sont prévus pour régler chaque circuit entrée/sortie de manière à fonctionner en tant qu'entrée ou sortie analogique ou numérique suivant les connexions de zone ou de secteur. D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 représente un schéma entrée/sortie de la technique antérieure pour des systèmes de micro-ordinateur. La figure 2 représente un agencement entrée/sortie comportant des modules de circuit entrée/sortie universels suivant une forme de réalisation de la présente invention. La figure 3 représente l'agencement entrée/sortie de façon plus détaillée. La figure 4 représente une variante de réalisation. Les figures 5A-5E illustrent des organigrammes pour les fonctions d'ordinateur exécutées en établissant les conditions destinées à amener les modules entrée/sortie universels à fonc tionner en tant qu'entrée ou sortie analogique ou en tant qu'entrée ou sortie numérique. Plus particulièrement, on a représenté à la figure 1 un système de micro-ordinateur agencé suivant une technique antérieure typique. Ainsi, un microprocesseur 10 est couplé à des connexions d'installation extérieures par des terminaisons d'en- trée analogique 12, des terminaisons d'entrée numérique 14, des terminaisons de sortie analogique 16 et des terminaisons de sortie numérique 18. Des modules de circuit respectifs 20, 22, 24 et 26 sont prévus pour le traitement entrée/sortie des signaux d'entrée analogique, d'entrée numérique, de sortie analogique et de sortie numérique pour le microprocesseur 10.A cause de la configuration de la technique antérieure, du temps de conception de système est requis à un moment précoce au cours des opérations de conception pour un système de commande qui peut présenter de 100 à 200 points de traitement par exemple, afin d'identifier en détail combien il existe de points de traitement et quelle est l'identité de chacun d'eux en fonction des entrées et sorties analogiques et des entrées et sorties numériques. Un inventaire doit etre tenu quant aux quatre types différents de modules de circuit et le nombre de chacun de ces types de module est dérivé des points de traitement identifiés. Une estimation de prix de revient du système peut alors être effectuée mais elle traduit plus de temps de conception de système qu'il n'est désirable et des frais d'équipement de circuit supérieurs à ce qui est désirable et pourrait sans cela etre possible.Les frais d'équipement excessifs résultent des frais d'inventaire supplémentaires et du fait que chaque type de carte de module possède un nombre normalisé de circuits d'entrée ou de sortie et, dans de nombreux cas, ce nombre normalisé de circuits est supérieur à celui nécessaire, avec pour résultat la disposition d'autre part inutile de circuits d'entrée ou de sortie inutilisés. A la figure 2, on a représenté un système de commande de micro-ordinateur agencé suivant une forme de réalisation de l'invention. Il comprend un microprocesseur 30, tel que le type Intel 8080A, qui est doté d'un cabrage entrée/sortie universel 32. Un module entrée/sortie universel 33 est utilisé en commun pour tous les types de signaux d'entrée/sortie, ctest-à-dire les entrées analogiques et numériques ainsi que les sorties analogiques et numériques, et le type particulier de signal à transférer par chaque circuit sur chaque module est établi en réalisant la connexion de terminaison spécifiée dans la botte 34 vers le circuit particulier et en réglant de façon convenable la mémoire du microprocesseur pour établir les connexions entrée/ sortie de microprocesseur nécessaires requises pour permettre au circuit particulier de fonctionner de la manière spécifiée. Un régulateur de signaux 36, tel qu'un relais à l'état solide est de préférence prévu pour chaque circuit entrée/sortie de manière à établir un isolement entre les lignes de zone et les circuits entrée/sortie. Avec le système illustré à la figure 2, une plus grande souplesse de conception de système est obtenue dans l'attribution des signaux sans perte de temps de conception lors du calcul de systèmes individuels pour les entrées et sorties analogiques ainsi que les entrées et sorties numériques. Le circuit entrée/sortie universel satisfait les quatre besoins d'entrée/ sortie et un système peut autre conçu sans comptabilité détaillée des catégories individuelles d'entrée/sortie.Par exemple, si une carte présente huit points entrée/sortie universels, l'attribution de ces points est exécutée au cours de l'étape de conception du système simplement en estimant le nombre total de points d'entrée et sortie analogiques et d'entrée et sortie numériques, Le cabrage à partir du module de commande vers l'armoire de terminal ou le secteur de terminal n'est pas établi individuellement pour une entrée analogique, une sortie analogique, une entrée numérique ou une sortie numérique, étant donné qu'un fil est attribué à chaque fonction entrée/sortie, avec la définition réalisée simplement par la désignation du terminal. Cette désignation est effectuée après l'achèvement de la conception du système et au cours du processus de fabrication en sélectionnant le bloc d'unité de conditionnement de signal approprié à installer à la terminaison. Le choix du type de terminaison (connexion à vis ou à cabale) peut être effectué en même temps. Des modifications dans le système entrée/sortie sont aisément offertes par ce système sans exiger des changements de c blage ou de redisposition des câbles. Comme illustré plus en détail à la figure 3, le module entrée/sortie universel 33 comprend de préférence une multiplicité de circuits d'entrée ou de sortie 37, comportant chacun un transistor d'attaque de modulation 38 connecté en série avec une résistance chutri e. Un signal de réaction est offert au microprocesseur 30 par l'intermédiaire d'un convertisseur analogique/ numérique 40 de manière à permettre la détection de l'état des contacts d'entrée (DI), la lecture d'une température ou d'une pression ou d'autres paramètres (AI) ou le contrôle de courants de sortie (AO, DO) à des fins de diagnostic. Le convertisseur analogique/numérique 40 peut etre un convertisseur de tension en fréquence à circuit intégré du type Teledyne Semiconductor 9400. Dans le mode de diagnostic, le courant de réaction est utilisé pour confirmer le fait qu'une sortie de commande d'ordinateur a bien été réalisée suivant les instructions ou qu'une sortie analogique est survenue au niveau de courant commandé. Un transistor d'attaque 38 est de préférence couplé au câblage entrée/sortie 32 par des photo-diodes positive et négative d'isolement 42 et 44 et des photodétecteurs associés 46 et 48, respectivement, En isolant le circuit d'entrée ou de sortie 37 du cabrage entrée/sortie 32, ce circuit 37 est établi en tant que circuit à deux fils pour pouvoir autre utilisé de manière universelle dans des applications d'empilage ou autres. Des signaux de sortie provenant du micro-ordinateur sont couplés à partir des détecteurs 46 et 48 vers un amplificateur de poursuite/maintien 50 et la sortie intégrée de l'amplificateur 50 est appliquée au transistor d'attaque 38. Lorsque ce transistor d'attaque 38 est programmé de manière à être un point d'entrée analogique ou numérique, il est amené à un état de conduction avec le courant de collecteur limité mais supérieur à la plage de courant de signaux d'entrée afin de ne pas limiter le courant de signaux d'entrée qui est décelé par le convertisseur analogique/numérique 40. Pour amener un circuit à fonctionner en tant que point d'entrée analogique ou numérique, les connexions de signaux d'entrée nécessaires sont effectuées dans la botte 34(figure 2) et le microprocesseur 30 est programmé de manière à exciter le transistor entrée/sortie 38 jusqu'à un état de conduction total (tel qu'illustré pour 38AI et 38DI à la figure 3). Le microprocesseur 30 est programmé de manière à amener le transistor 38 à un état de modulation pour une sortie analogique ou d'un état à un autre pour une sortie numérique comme illustré pour 38AO et 38DO à la figure 3. Une conversion de programme fournit l'état ou la mesure des signaux d'entrée pour une utilisation par les programmes de commande et des programmes de sortie analogique et numérique commandent la production des signaux nécessaires pour produire une sortie analogique ou une sortie numérique telle qu'exigée par l'exécution du programme de commande. Ainsi, chaque circuit 37 est transformé en un point d'entrée ou de sortie gr ce à des connexions de signaux extérieures qui y sont effectuées et par des actions de programme à partir du microprocesseur 30.Une fabrication plus efficace et plus économique est ainsi permise. La programmation appliquée illus. trée par les organigrammes des figures 5A-5D est utilisée pour régler les circuits 37 pour un fonctionnement d'entrée ou de sortie. Une autre forme de réalisation de l'invention est illustrée à la figure 4. Dans ce cas, un convertisseur numérique/ analogique 50 est utilisé dans un circuit 39D pour offrir un couplage de préférence direct du c blage entrée/sortie 32 avec le transistor d'attaque 38. Le convertisseur numérique-analogique 50 peut par exemple etre un convertisseur à 8 bits du type DAC-08, D'une façon générale, le circuit 39D agit d'une façon semblable à celle du circuit 37, mais une différence majeure réside en ce qu'un servo-équilibrage n'est pas nécessaire pour le convertisseur analogique/numérique 40 qui fonctionne uniquement en tant qu'appareil de contrôle de réaction.Par conséquent, le circuit 39D offre des gains de coefficient d'utilisation pour le microprocesseur 30 par comparaison avec le circuit 37, mais actuellement ce dernier est préféré étant donné qu'il est nettement moins onéreux que le circuit 39D. Il est prévu que des avantages puissent être obtenus gracie à l'utilisation de l'invention dans des systèmes de microordinateur comportant jusqu a environ 100 ou 200 points entrée/ sortie, Au-dessus de cette dimension de système, l'avantage économique à l'heure actuelle commence à basculer vers la solution classique avec laquelle des modules différents sont utilisés pour les entrées et sorties analogiques ainsi que les entrées et sorties numériques. Des diagnostics en ligne du cablage de signaux entrée/ sortie peuvent etre effectués sur l'appareil de commande, parce que celui-ci peut détecter des signaux numériques marginaux et aviser le département d'entretien avant que des problèmes ne surviennent effectivement. Des systèmes redondants peuvent etre établis aisément si l'élément d'attaque entrée/sortie et le convertisseur analogique/numérique sont isolés. En outre, étant donné que tous les modules possèdent des circuits entrée/sortie identiques, le nombre de modules requis pour un système particulier quelconque peut mieux etre réduit avec une mise en oeuvre réduite de circuits inutilisés. Il doit etre entendu que la présente invention-n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-avant et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet. REVENDICATIONS 1. Circuit entrée/sortie universel pour système de micro-ordinateur comportant un microprocesseur, un calage entrée/ sortie universel, des premiers éléments pour coupler ce circuit au cabrage entrée/sortie et des seconds éléments pour coupler ce circuit à des terminaux de secteur ou de zone où un signal d'entrée ou de sortie analogique ou numérique doit etre traité, ce circuit entrée/sortie étant capable de fonctionner en tant que circuit d'entrée ou de sortie analogique ou numérique conformément aux connexions de secteur ou de zone, caractérisé en ce qu'il comprend un transistor connecté en série avec une résistance, un convertisseur analogique/numérique couplé à partir de la résistance vers le cabrage entrée/sortie de manière à offrir des signaux de réaction au microprocesseur à des fins de contrôle, et des éléments répondant à des signaux de sortie d'ordinateur pour amener ce transistor à fonctionner dans différentes conditions suivant la fonction que l'on désire voir exécuter par ce circuit entrée/sortie. 2. Circuit suivant la revendication 1, caracterisé en ce que les éléments d'attaque comprennent un amplificateur opérationnel et le convertisseur analogique/numérique fonctionne en tant qu'amplificateur à servo-équilibrage. 3. Circuit suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les premiers éléments isolent les circuits du cablage précité. 4. Circuit suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les seconds éléments isolent les circuit des terminaux de zone ou de secteur. 5. Circuit suivant la revendication l, caractérisé en ce que les éléments d'attaque comprennent un convertisseur numériqueanalogique couplé à partir du câblage vers le transistor.