Brevet FR2588979A1 — publié le 19870424

La présente invention est relative à un interface d'entrées et de sorties de tensions analogiques pour micro-ordinateurs et systèmes à micro-proceseurs. Il peut servir d'oscilloscope à mémoire, au traitement et à la transformation des données qimagasinees en mémoire, à l'asservissement en temps riel, au filtrage numérique, à la manipulation de sons sur deux voies. Son but premier est d'en faire un appareil pédagogique et de déxonstration de procédés utilisés dans l'industrie et la recherche. Ses deux, (ou quatre ou huit) entrées présentent les avantages suivants s le gain est réglable dans une large étendue et le niveau du zéro l'est sur toute l'étendue de la mesure et est indépendant du gain; les réglages sont manuels. Les entrées sont protégées des surtensions apoliquées, y compris la tension secteur 380 volts alternative. Ceci permet une totale souplesse des réglages des entrées, à la façon d'un oscilloscope cathodique, et rend cet appareil bien plus apte à toutes sortes de mesures de tensions électriques variables que les convertisseurs analogiques-numériques à calibre fixe.Il est adjoint des sorties analogiques permettant d'engendrer des tensions variables afin de permettre la visualisation dew données enmagasin4u, brutes ou calculées, sur oscilloscope ou table traçante, la génération de signaux ou de sons synthétisés, la commande analogique de divers processus ou automatismes par le micro-ordinateur ou le système à icro-ptocesseur qui pilote l'interface. L'invention nourra de toutes façons être bien comorise à l'aide du complément de descrintion qui soit ainsi que des figures annexées, lesquels compléments ne constituent qu'un mode préférentiel de réalisation de l'invention. La figure 1 de ces dessins représente une vue synoptique de l'ensemble, qui est détaillé ensuite dans les figures suivantes. La figure 2 renrésnte le préamplificateur d'entrée suivi du dispositif de protection. la figure 3 représente les circuits de blocage, de multiplexage et de conversion numérique du signal analogique. La figure 4 représente les circuits de conversion analogi que-numérique et de sortie du signal analogique. La figure 5 représente un mode de réalisation préférentiel de la circuiterie de logique cablée qui pilote tout le système. Tel que représenté sur la figure 1, l'invention se compose des bornes d'entrée la et lb pour deux anaux différents. Le système peut être étendu à un t > plus grand nombre d'entrées. Les signaux passent ensuite dans les amplificateurs 2a et 2b à gain réglable manuellement* nuis sont ventuell-ment éclatés dans les dispositifs 3a et 3b qui seront décrits sur la figure suivante. Lors d'une conversion d'un des signaux analogiques, l'un des écbantillonneur-bloqueurs 4a ou 4b maintient la tension constante pendant la conversion numérique* et le multiplexeur 5 envoie cet te tension au convertisseur analogique numérique 6, qui fournit la valeur numérique sur le bus de données 7 du micro-processeur. Les signaux de sortie sont engendrés à partir des données numériques fournies par le micro-processeur sur le bus de données 7 au convertisseur numérique-analogique 8a ou 8b en service.Les signaux analogiques de sortie sont amplifiés dans les amplificateurs 9a st 9b et disponibles sur les sorties lOa et lOb. La logique de commande 11 sélectionne les bottiers en action, en fonction des adresses et commandes du micro-rocesseur, qui arrivent sur le connecteur 12. Tnl que représenté sur le figure 2 t La tension à mesurer sur une voie, est appliquée soit entre la borne d'entrée la et la borne de masse 20 soit entre la borne d'entée lb et la borne de masse 10. L'amplificateur opérationnel 24 est à gain réglable par bond avec le commutateur 22 qui comportera deux positions de plus que le nombre de calibres désiré, les deux positions extrêmes étant réservées au gain nul qui est destiné à faciliter le réglage du zéro. Le fusible 23 est destiné à protéger l'interface et l'ordinateur d'un courant parasite dû à un défaut de masse ou entre neutre de la tension secteur et masse.Les diodes 24a etZ4b assurent la protection du montage vis-à-vis de toute surtension accidentelle à l'entrée, celle-là se retrouvant aux bornes de la résistance d'entrd-25a ou 25b. La tension amplifiée est disponible à la sortie 26 du premier amplificateur opérationnel 24. @ second amplificateur opérationnel 27 est à gain continuement variable; le réglage s'effectuant par le potentiomètre ZL La tension de décalage ds zéro qui se règle par le potentiomètre 29 r est additionnée. à la sortie 30 on obtient la tension amplifiée d'un gain égal au produit des deux amplificateurs opérationnels. La valeur de cette tension est limitée par la diode Zéner 3 en sorte qu'elle ne puisse dépasser la tension Zéner ni être inférieure à la tension de seuil directe de la diode 34.Cette tension est ensuite, par la channe potentiomètrique 32, divisée afin de limiter la tension qui sera appliquée au convertisseur analogique-numérique, et donc de le protèger de toute destrurtion , celle-efl sera disponible en 33. Le potentiomètre 32d sert à ajuster la position calibrée. Ce préamplificateur d'entrée existe en autant d'exemplaires que de voies d'entrée t typiquement deux ou quatre ou huit. Tel que représenté figure *3 s La Conversion analogi que-numérique. La tension variable en 33 est appliquée à l'échantllloneur- bloqueur 4, qui maintiendra la tension constante pendant la conversion numérique sur la sortie 34 Le multiplexeur analogique5 commutera l'une des deux(ou quatre ou huit)voies d'entrée 34 sur la sortie 35 en fonction du ou des signaux d'adresse présents on 36. Le convertisseur analogique-numérique 6 fournira la donnée correspondante sur le bus de données 7 du wbero-processeur qui pilote l'interface, en fonction du signal 3 de la logique de commande. Pendant la conversion,le signal 3g', engendré par le convertisseur, et amplifié, fait attendre le micro-processeur. Tel que représenté figure 4 Ln Conversion numérique-analogique. l Les données numériques venant du bus du micronrocesseur 7 sont appliquées au convertisseur numérique-analogique 8 et la tension variable est disponible à la sortie 10 après amplifica- tion dans les amplificateurs opérationnels 2 . Cette tension ne change qutà chaque nouvelle donnée envoyée qui est autorisée par le signal 39 de la logique de commande. Le circuit de conversion numérique-analogique est en autant d'exemplaires que de voies de sortie, typiquement deux. Tel que représenté figure 5 La logique de commande1 description d'un mode préférentiel de réalisation de cette rarti- d'invention. L'interface est reliée au bus du micro ordinateur ou du sys- tème à micro-orocesseur par le connecteur a. Les signaux décrits sont ceux du micro-processeur Z 80 de Zilog , et leurs appel- lations normalisées. Les circuits 40 sélectionnent une adresse parmi 256, et on liaison avec les signaux du bus de commande 1* * déclenchent la conversion lors d'une demande de lecture ou d'écriture du micro processeur à l'adresse sélectionnée par les huit interrupteurs 4Z. L'adresse supplémentaire A8 est utilisée pour choisir laquelle des deux voies de mesure A ou B sera en service. Pour un interface à quatre ou huit voies il faudra utiliser les adresses supplémentaires A9 et A1O, et prévoir les pr- amplificateurs et échantillonneurs-bloqueurs supplémentaires L'inverseur 43 permet de forcer l'une ou l'autre voie indépen- damment de l'adresse A8 fournie par le micro-processeur. Lors d'une opération de lecture, cette adresse A8 sélec tionne la tension analogique commutée par le multiplexeur 5 et l'échantillonneur-bloqueur ka ou 4b qui maintient cette tension mesurée, et déclenche -le convertisseur analogique- numérique 6 ; ce dernier renvoie le signal d'attente 38 pour que le micro-processeur attende la fin de la conversion pour lire la donnée numérique envoyée sur le bus de données 7 d; micro-processeur, Lors d'une opération d'écriture* l'adresse A8 est utilisée pour valider l'un ou l'autre des convertisseurs numérique analogique 8a ou 8b. Cette disposition particulière de sélection de voie par l'adresse A8 permet d'utiliser toute la puissance des instructions d'entrée ou de sortie par bloc du micro-processeur Z8O de Zllog, car dans ces instructions les adresses A8 à A15 sont la copie de l'état du registre B du 280, registre qui sert de compteur du nombre de données lues ou écrites. A8 représen tant le bit de poids faible du registre B, les mesures des deux voies A et B sont alternativement emmágasinées lors d'une lectu re par bloc, sans logiciel supplémentaire t de même, lors d'une écriture par bloc, les tensions varient alternativement sur cha cune des deux sorties, Cette disposition permet d'accélerer considérablement la cadence des mesures, donc les performances de l'interface. Il n'est possible de faire mieux qu'en contrôlant directement l'accès à la mémoire, au prix d'une circuiterie plus complexe mettant en oeuvre des boîtiers très spécia- lisés, tels des contrôleurs d'accès direct aux mémoires, et bien plus coûteux. La logique de contrôle présentée sur la figure 5 est réalisée avec de classiques boîtiers, Pour une réalisation en série ils seraient remplacds par un seul bottier de portes logiques programables, effectuant les mêmes opérations. Pour une liaison aux bus de micro-processeurs de la famille 650o de Rockwell, ou 6800 de Motorola, ou 8000 d'Intel, il suffit soit d'une liaison directe, soit une logique supplémentaire réduite s le signal RD doit être le complémentaire du signal Vfl La liaison à un circuit d'interface parallèle est directe. Cependant ces familles de micro-processeurs ne permettront pas d'atteindre des cadences de mesure aussi élevées que le Z80 de Zilog. Pour familles de micro-processeurs suscitées, l'adressage de l'interface dans une page mémoire de deux cent cinquante-six octets, et la sélection de voie sur l'adresse Â, et les suivantes s'il y a plus de deux entrées ou sorties, permettent d'approcher, mais non d'égaler les performan- ces du chargement par blocs du ZSO de Zilog. R E V E N D I C A T I O N S 1. Interface analogique-numérique et numérique-analogique pour micro-ordinateurs et systèmes à micro-processeurs, caractérisée en ce qu'elle comprend en combinaison - des circuits d'entrées analogiques constitués d'amplificateurs 2 suivis de circuits de protection 3 reliés aux échantillonneurs-blo- queurs 4 précédant un multiplexeur 5 suivi d'un convetisseur ana logique -numérique 6. - des circuits de sortie analogiques constitués de converttsseurs numériqua-analogiques 8 suivis d'amplificateurs 9. - d'une logique de commande 11 reliée aux bus du microprocesseur par le connecteur 12. 2. Interface selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'amplificateur 2 est constitué de plusieurs étages, le gain de l'un étant réglable par bonds par l'organne de commande 22, le gain de l'autre étant réglable en continu par l'organne de commande 28, une commande 29 permettant le décalage du zéro. 30 Interface suivant la revendication 1 caractérisée en ce que le circuit de protection 3 est constitué d'une diode Zéner 31 suivie d'une chatne potentiomètrique 32 pour chaque voie d'entrée analogique. 4. Interface selon la revendication 1 caractérisée en ce que la logique de commande 11 sélectionne la voie d'entrée ou de sortie en service en décodant l'adresse A8, et les suivantes si le nombre d'entrées ou de sorties est supérieur à deux, ce qui constitue un moyen d'utiliser la propriété du micro-processeur de reproduire la valeur du registre interne qpi lui sert de comp- teur du nombre de données lors d'opérations d'entrées ou de sorties par bloc sur les adresses hautes A8 à A15, pour effectuer les entrées ou les sorties analogiques sur chaque voie à tour de rôle.