УСТРОЙСТВО ВВОДА-ВЫВОДА ДАННЫХ

Область техники
Данное техническое решение относится к области цифровой вычислительной техники, а именно, к автоматизированным системам обработки радиолокационной информации.
Уровень техники
Аналогом данного технического решения является устройство ввода-вывода данных (см. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ РАБОЧЕЕ МЕСТО ОПЕРАТОРА УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ, свидетельство на полезную модель RU 23998 U1, заявка 2001128364 от 23.10.2001 г., опубликовано 20.07.2002 г., бюл. №20). Автоматизированное рабочее место оператора управления воздушным движением, состоящее из специализированной электронной вычислительной машины (ЭВМ), совместимой с IBM PC, содержащей системный блок с набором стандартных модулей, монитор, клавиатуру, шаровой манипулятор, а также дополнительные модуль математического акселератора (МА), модуль адаптера локальной вычислительной сети (ЛВС), модуль сопряжения с танковой навигационной аппаратурой (ТНА) и каналом связи автоматизированной системы передачи данных (АСПД-У), первые входы-выходы которых соединены с шиной ISA системного блока специализированной ЭВМ, а вторые входы модуля адаптера локальной вычислительной сети с первыми входами-выходами устройства, вход, второй и третий входы-выходы модуля сопряжения с ТНА и АСПД-У соединены соответственно с первым входом и вторым и третьим входами-выходами устройства, многоканальной аппаратуры передачи данных (МАПД), первый вход-выход которой соединен с входом-выходом RS-232C системного блока специализированной
ЭВМ, а вторые входы-выходы с четвертыми входами-выходами устройства, модуль адаптера телеграфного канала, первый вход-выход которого соединен с входом-выходом RS-232C системного блока специализированной ЭВМ, а второй вход-выход с четвертыми входами-выходами устройства, отличающееся тем, что автоматизированное рабочее место дополнительно содержит первый и второй выносные блоки сопряжения с радиолокационной станцией (РЛС) и передвижным радиовысотомером (ПРВ), входы которых соединены соответственно с пятым и шестым входами устройства, модуль сопряжения с выносными блоками, первый вход-выход которого соединен со вторым входом-выходом модуля математического акселератора, а второй и третий вход-выход с входами-выходами соответственно первого и второго выносных блоков сопряжения с радиолокационной станцией.
Недостатком данного аналога являются ограниченные функциональные возможности.
Другим аналогом данного технического решения является ВЫНОСНОЙ БЛОК СОПРЯЖЕНИЯ С АНАЛОГОВЫМИ РАДИОЛОКАЦИОННЫМИ СТАНЦИЯМИ (патент на полезную модель RU 51766 U1, заявка 2005130776 от 04.10.2005 г., МПК G 05 F 13/00 (2006/01), опубликовано 27.02.2006, бюл. №6), являющийся сопрягаемым и взаимодействующим с заявляемым устройством ввода-вывода данных, содержащий пять модулей первого уровня: первый модуль ЭМ1 Р910.01 генератора опорного напряжения 36 В, частотой 400 Гц и усилителя сигналов управления синхронно-следящего привода (ССП) подвижного радиовысотомера (ПРВ), второй модуль ЭМ1 Р910.02 управления и контроля питания блока, третий модуль ЭМ1 Р910.03 преобразователя трехфазных сигналов СП в код азимута, четвертый модуль ЭМ1 Р910.04 аналого-цифровых преобразователей (АЦП) кода азимута и синуса угла места антенны ПРВ, пятый модуль ЭМ1 Р910.05 преобразователя эхо-сигнала, приемопередатчика и регистра команд наземного радиозапросчика (НРЗ), а также модуль МДМ15-1 В05М источника напряжения +5 В и три модуля МДМ15-1 В15М источников напряжения +15 В, минус 15 В и +30 В, входы которых соединены с напряжением+27 В, а выходы с узлами второго, третьего, четвертого и пятого модулей первого уровня, отличающийся тем, что третий и четвертый модули первого уровня ЭМ1 Р910.03 и ЭМ1 Р910.04 содержат регистр состояния РГС, вход которого соединен с входом СОСТОЯНИЕ от радиолокационной станции (РЛС), аналого-цифровой преобразователь напряжений грубого отсчета (ГО) и точного отсчета (ТО) в код азимута АЦПА, первый вход которого соединен с выходом Цопорное, а второй и третий вход соответственно с выходами грубого (ГО) и точного (ТО) отсчета от РЛС, аналого-цифровой преобразователь синуса угла места АЦП СУМ, вход которого соединен
с выходом U*sin ε ПРВ, регистр RG, первый (D) вход которого соединен с выходами регистра РГС (сигнал СС), АЦПА (сигнал код β) и АЦП СУМ (сигнал код sin ε), а второй вход (С) - с выходом тактовых импульсов ТИ ПРД 500 кГц, регистр установки азимута ПРВ РГА, сумматор выделения разности между текущим азимутом и азимутом установки ПРВ СМ, первый вход которого соединен с выходом АЦП А, а второй вход - с выходом РГА, цифро-аналоговый преобразователь рассогласования азимута ЦАП, вход которого соединен с выходом сумматора СМ, а выходы ГО и ТО - с входами ПРВ, схема преобразования кода азимута, реализованная на третьем и четвертом модулях первого уровня, содержит преобразователи X/Y трехфазных напряжений сельсин-датчиков в напряжения, пропорциональные sin β и cos β для сигналов грубого (ГО) и точного (ТО) отсчета, соединенные соответственно с выходами 1, 2, 3 Фазы ГО и Фазы ТО РЛС, счетчик кода азимута ГО СТ2 и счетчик кода азимута ГО ×36, входы которых соединены соответственно с выходами +1 и -1 РЛС и Код азимута (ГО) РЛС, а первые выходы соответственно с выходами Код азимута (ГО) и Код ТО устройства, коммутаторы напряжений sin β, cos β ГО К1 и sin β, cos β ТО К2, по два входа которых соединены соответственно с двумя выходами sin β и cos β преобразователей X/Y ГО и ТО, а третьи входы - со вторыми выходами счетчиков азимута ГО и ТО, два сумматора коррекции кода азимута СМК ГО и СМК ТО, по два входа которых соединены соответственно с первыми выходами счетчиков кода азимута ГО и ТО и входами коррекции Корр. ГО и Корр. ТО устройства, два дифференциальных усилителя ДУ ГО и ДУ ТО, входы которых соединены соответственно с выходами sin β / cos β коммутаторов напряжений sin β, cos β ГО К1 и sin β, cos β ТО К2, два цифро-аналоговых преобразователя ЦАП ГО и ЦАП ТО, входы которых соединены соответственно с выходами сумматоров коррекции кода азимута СМК ГО и СМК ТО, а выходы - соответственно с со вторыми входами дифференциальных усилителей ДУ ГО и ДУ ТО, компаратор, два входа которого соединены с выходом дифференциального усилителя ДУ ГО и ДУ ГО и цепью сигнала Порог ГО, коммутатор сигналов ошибки ГО/ТО К3, три входа которого соединены соответственно с выходами дифференциального усилителя ДУ ГО, дифференциального усилителя ДУ ТО и компаратора, преобразователь напряжение/частота U/F, вход которого соединен с выходом коммутатора сигналов ошибки ГО/ТО К3, а выход - с цепями сигналов +1, - 1 устройства, пятый модуль первого уровня ЭМ1 Р910.05 содержит аналого-цифровой преобразователь эхо-сигнала АЦП ЭХО, вход которого соединен с выходом ЭХО РЛС, схему сравнения, два входа которой соединены соответственно с выходами ОПОЗН и Цотсечки РЛС, счетчик дистанции радиолокатора (РЛИ), счетчик дистанции передатчика СчD1, два входа которого соединены соответственно с выходами
тактовых импульсов ТИ РЛС 750 кГц и выходом импульса запуска ИЗ, счетчик дистанции передатчика, счетчик дистанции РЛС СчD2, два входа которых соединены соответственно с выходами ИЗ РЛС и ТИ ПРД 500 кГц, двухпортовое оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) RAM, четыре входа которого соединены соответственно с АЦП ЭХО по сигналу отметки цели (ОЦ), схемы сравнения по сигналу общего опознавания (ОП), счетчика СчD1 по сигналу АДРЕС ЗАПИСИ и счетчика СчD2 по сигналу АДРЕС ЧТЕНИЯ, передатчик ПРД, два входа которого соединены соответственно с выходом двухпортового оперативного запоминающего устройства и выходом регистра RG, выходной трансформатор Т 1.2, входы которого соединены с выходами передатчика ПРД, а выход - с линией связи ЛС, входной трансформатор Т 1.1, вход которого соединен с линией связи ЛС, приемник ПРМ, входы которого соединены с выходом трансформатора Т 1.1, а выход - с входом регистра РГА, регистр команд РК, вход которого соединен с выходом приемника ПРМ, блок реле, вход которого соединен с выходом регистра команд, а выход - цепью РЕЖИМ НРЗ.
Недостатком данного аналога является его ограниченные функциональные возможности, не позволяющие самостоятельно реализовать требуемые параметры ввода-вывода данных.
Ближайшим аналогом (прототипом) заявляемого технического решения является устройство ввода-вывода данных (см. УНИФИЦИРОВАННЫЙ МОБИЛЬНЫЙ КОМАНДИРСКИЙ ПУНКТ, свидетельство на полезную модель RU 29600 U1, заявка 2002129461 от 04.11.2002 г., опубликовано 20.05.2003 г., бюл. №14).
Унифицированный мобильный командирский пункт содержит первый системный блок «Багет 21-02», состоящий из центрального процессора (ЦП) БТО 1-209, накопителя на жестком магнитном диске (НЖМД) БТО 1-301 А, контроллера RS-232 БТ01-404А и адаптера локальной вычислительной сети (ЛВС) БТО 1-411, объединенных шиной ISA, второй системный блок «Багет 21-02», состоящий из центрального процессора (ЦП) БТ01-209, накопителя на жестком магнитном диске (НЖМД) БТО 1-301 А, модуля математического акселератора (МА) БТО 1-206, адаптера ЛВС БТО 1-411, объединенных шиной ISA, первое и второе унифицированное рабочее место (У АРМ-1), состоящее каждый из видеомонитора ВМЦМ-21.3, клавиатуры КЛ-85 и шарового манипулятора, соединенных соответственно с входами «SVGA», «Клавиатура» и первым входом «RS-232» центральных процессоров БТО 1-209 первого и второго системных блоков «Багет 21-02» соответственно, выносное автоматизированное рабочее место (ВАРМ) на базе электронной вычислительной машины (ЭВМ) «Багет-41» с модулями БТ41-400 и БТ41-040, входы-выходы адаптеров ЛВС БТО 1-411 первого и второго системных блоков «Багет
21-02» и выносного АРМ объединены в локальную вычислительную сеть (ЛВС) Ethernet, отличающийся тем, что дополнительно содержит в первом системном блоке «Багет 21-02» адаптер танковой навигационной аппаратуры (ТНА) и аппаратуры передачи данных (АПД) типа аппаратуры съема и передачи данных унифицированной (АСПДУ) БР21-407, соединенный с шиной ISA, во втором системном блоке «Багет 21-02» адаптер блока сопряжения с радиолокационной станцией (БС РЛС) БР21-410 и адаптер АПД Т-235-1Л БР21-413, соединенные с шиной ISA, навигационный приемник СН-3001, соединенный со вторым входом «RS-232» центрального процессора первого системного блока «Багет 21-02», аппаратуру навигации ТНА-4-6, соединенную с входом «Адаптер ТНА» модуля БР21-407, печатающее устройство УД-М211Д, соединенное с входом «Centronics» центрального процессора БТО 1-209 второго системного блока «Багет 21-02».
Недостатком прототипа являются ограниченные функциональные возможности.
Сущность технического решения
Известное устройство ввода-вывода данных состоит из канала приема, содержащего трансформатор Т, два входа которого соединены соответственно с входами сигналов ЛСО, ЛС1 от выносного блока сопряжения с аналоговыми радиолокационными станциями (РЛС), приемник манчестерского канала, первый вход которого соединен с выходом трансформатора Т, счетчик принятых слов, вход которого соединен с первым выходом приемника манчестерского канала, буферный регистр для временного хранения принятых слов, два входа которого соединены соответственно со вторым D и третьим ТИ выходами приемника манчестерского канала, мультиплексор МС, два входа которого соединены соответственно с выходами счетчика принятых слов и буферного регистра для временного хранения принятых слов, а выход с входом математического акселератора (МА) ЭВМ, и канала передачи данных, содержащего декодер адреса регистра DC, два входа которого соединены соответственно с цепями сигналов АДРЕС и WR от математического акселератора МА, регистр команды RGK, первый вход которого соединен с первым выходом декодера адреса регистра DC, а второй с входом ДАННЫЕ от математического акселератора МА, регистр азимута RGβ, первый вход которого соединен со вторым выходом декодера адреса регистра DC, а второй с входом ДАННЫЕ от математического акселератора МА, передатчик манчестерского канала, первый вход которого соединен с выходами регистра команды RGK, и регистра азимута RGβ, второй -с четвертым выходом приемника манчестерского канала, а первые два выхода с входами ПРД0 и ПРД1 трансформатора Т канала приема, счетчик слов передатчика, вход которого соединен с третьим выходом СИ передатчика манчестерского канала, а первый и второй
выходы соответственно с третьими входами регистра команды RGK и регистра азимута RGβ.
Целью данного технического решения является расширение функциональных возможностей, разработка компактного устройства, размещаемого на подвижной транспортной базе и предназначенного для сопряжения с удаленными радиолокационными станциями.
Для получения данного технического результата устройство дополнительно содержит блок обработки данных, состоящий из генератора G, выход которого соединен со вторым входом приемника манчестерского канала и третьим входом передатчика манчестерского канала, счетчика дистанции CЧD, два входа которого соединены соответственно с третьим выходом приемника манчестерского канала и выходом счетчика принятых слов, а выход с третьим входом мультиплексора МС, оперативного запоминающего устройства ОЗУ, два первых входа которого соединены соответственно с выходом счетчика дистанций CЧD и вторым выходом приемника манчестерского канала, а третья группа входов соединена с первой группой выходов ОЗУ, сумматора количества отметок целей СМКЦ, первый вход которого соединен со вторым выходом приемника манчестерского канала, второй, третий, четвертый, пятый входы с четырьмя выходами ОЗУ, а два выхода с четвертым входом мультиплексора МС, схемы управления записью данных на МА и формирования признаков начала пачки (НП) и конца пачки (КП), четыре входа которой соединены соответственно со вторым выходом приемника манчестерского канала, первым и вторым выходами СМКЦ и четвертым выходом ОЗУ, а четыре выхода соответственно с входами НП, КП и ЗАПИСЬ математического акселератора ЭВМ и шестым входом ОЗУ.
Перечень фигур, чертежей и иных материалов
На фиг.1 приведена структурная схема устройства ввода-вывода данных.
На фиг.2 приведена временная диаграмма цикла обмена данными по линиям связи.
На фиг.3 приведена временная диаграмма передачи слова.
Пример варианта выполнения устройства
Структурная схема устройства ввода-вывода данных (фиг.1) содержит: 1 - канал приема; 2 - блок обработки данных; 3 - канал передачи; 4 - трансформатор Т; 5 - приемник манчестерского канала; 6 - счетчик принятых слов; 7 - буферный регистр для временного хранения принятых слов; 8 - мультиплексор МС, который в зависимости от сигнала на входе управления подключает к выходу данных вход 0 или 1; 9 - кварцевый
генератор G (12 МГц); 10 - счетчик дистанций CЧD, который начинает отсчитывать тактовые импульсы ТИ при подаче на вход R сигнала «>3» с выхода счетчика Сч. слов 3; 11 - оперативное запоминающее устройство ОЗУ для хранения данных о наличии отметок целей в четырех смежных лучах и признака наличия пачки (вход 4, выход 4) в предыдущем луче; 12 - сумматор количества отметок целей СМКЦ в пяти смежных лучах, на выходе которого 0, 1 - код количества отметок n (код числа n-2, где n - количество отметок), на выходе ПП - признак наличия пачки; 13 - схема управления записью данных на МА и формирования признаков НП (начало пачки) и КП (конец пачки); 14 - декодер адреса регистра DC; 15 - регистр команды RGK; 16 - регистр азимута RGβ; 17 - передатчик манчестерского канала; 18 - счетчик слов передатчика, который разрешает (сигналы 0 и 1) поочередную выдачу данных с RGK 15, RGβ 16 на передатчик 17.
На схеме обозначены: 19 - входные цепи от выносного блока сопряжения с аналоговыми радиолокационными станциями (РЛС); 20 - входные цепи от математического акселератора (МА) ЭВМ; 21 - выходные цепи на МА ЭВМ; 22 - цепи ПРДО и ПРД1 от передатчика 17 на трансформатор Т 4.
Описание и работа
Назначение и технические данные
Устройство ввода-вывода данных (далее модуль БР21-410) предназначено для работы в составе комплекса сопряжения пункта управления (ПУ) с аналоговыми радиолокационными станциями (РЛС) и устанавливается в системный блок ЭВМ типа «Багет». В состав комплекса, кроме модуля БР21-410, входит математический акселератор МА (модуль БТ01-206) из состава дополнительных модулей ЭВМ «Багет», выносной блок сопряжения с аналоговыми РЛС (блок Р910) и комплект жгутов и кабелей для сопряжения с РЛС и передвижным радиовысотомером (ПРВ).
Модуль БР21-410 обеспечивает:
а) прием и обработку данных первичной радиолокационной обстановки (РЛО) от двух выносных блоков Р910;
б) выдачу на математический акселератор ЭВМ (модуль БТО 1-206) принимаемых кодов азимута, синуса угла места (при работе с ПРВ) и слова состояния блока Р910;
в) выделение пачек (дужек) отметок, находящихся на одной дальности в смежных по азимуту лучах и выдачу на МА дальности (504 дискрета) и кода количества отметок в пачке;
г) передачу на блоки Р910 команд управления режимами работы наземного радиозапросчика (НРЗ) и команд установки азимута антенны ПРВ.
Модуль БР21-410 занимает в корпусе ЭВМ одно установочное место.
Масса модуля не превышает 0,35 кг.
На лицевой панели модуля установлен разъем Х3 для подключения к двум линиям связи и девяносташестиконтактный разъем Х4 для подключения к параллельным входам модуля БТ01-206 ЭВМ.
Напряжение питания поступает на модуль от ЭВМ через разъем XI
Потребляемый ток по цепям питания модуля:
+5 В - не более 100 мА;
+12 В - не более 200 мА;
минус 12 В - не более 200 мА.
По стойкости к воздействию климатических и механических факторов модуль удовлетворяет требованиям группы 1.8 исполнение УХЛ по ГОСТ В20.39.304-76 со следующими ограничениями:
- пониженная рабочая температура - (минус 20±5)°С;
- повышенная рабочая температура - (+50±5)°С;
- относительная влажность 98% при температуре (25±5)°С.
Модуль имеет следующие показатели надежности:
- средняя наработка на отказ - не менее 50 ООО ч;
- назначенный ресурс 10000 часов.
Устройство и работа
Принцип работы
В состав модуля БР21-410 входят следующие узлы:
- кварцевый генератор G 9 на 12 МГц;
- программируемая логическая интегральная схема ПЛИС, в которой размещены все цифровые устройства модуля (передатчик 17, приемник 5, схема управления 13, счетчик дальности 10, декодер адреса регистра 14, регистры 15, 16 и т.п.);
- линейный трансформатор 4 для согласования входов/выходов каналов связи. Обмен по линиям связи (ЛС) ведется со скоростью 1 Мбит/с в коде «Манчестер II» словами длиной в 16 бит, следующими одно за другим.
В каждом цикле приема на вход модуля поступают данные о состоянии блока Р910 (слово состояния СС), код текущего азимута антенны РЛС (или ПРВ) - β, код текущего синуса угла места антенны ПРВ - ε и позиционный код дальности (от нуля до конца
дистанции) отметок вероятных целей и отметок опознавания. Каждый цикл передачи данных с блока Р910 начинается по импульсу запуска (ИЗ) РЛС.
По окончании передачи дальности блок Р910 выдает в линии связи (ЛС) команду, разрешающую передачу данных модулю БР21-410.
Временная диаграмма цикла обмена данными по ЛС приведена на фиг.2.
Прием данных
При приеме данных сигнал из ЛС через согласующий трансформатор Т 4 проступает на вход приемника манчестерского канала 5, который выделяет из входного сигнала тактовые импульсы ТИ, данные и формирует импульсы счета слов (СС).
Данные с выхода приемника последовательно записываются тактовыми импульсами на сдвигающий регистр 7, параллельный выход которого при приеме первых трех слов подключен через вход 0 мультиплексора 8 к входу МА.
После приема и записи на регистр 7 последнего бита каждого из трех слов схема управления выдает на МА строб (сигнал) записи, по которому данные записываются в буфер МА.
После приема третьего слова сигнал с выхода счетчика слов 6 разрешает работу счетчика дистанции 10 и подключает выходы этого счетчика и сумматора СМКЦ 12 через вход 1 мультиплексора 8 к входу МА.
Признаки отметки цели (ОЦ) с выхода приемника поступают на схему поиска пачек отметок - на первый вход данных четырехразрядного ОЗУ и на один из входов СМКЦ. На остальные четыре входа сумматора с выходов QO - Q3 ОЗУ поступают данные о наличии на этой дистанции отметок в предыдущих четырех лучах. Адрес ячейки поступает на ОЗУ со счетчика дистанции и соответствует дальности ОЦ. При количестве ОЦ больше двух с выхода сумматора выдается признак пачки ПП и код количества отметок в пачке. При появлении признака пачки в первый раз формируется признак начала пачки (НП).
По окончании такта значение сигнала ОЦ записывается в ОЗУ по входу DO, a значения с выходов Q0 - Q2 ОЗУ записываются в ту же ячейку по входам D1 - D3 ОЗУ соответственно (т.е. со сдвигом на один разряд вправо), таким образом, в разрядах 0-3 ОЗУ всегда хранятся данные о наличии отметок в последних четырех лучах.
Признак наличия пачки (ПП) так же, как и признак ОЦ, записывается в ОЗУ модуля и при чтении ОЗУ в следующем луче развертки используется для выделения признака конца пачки (КП). Признак КП формируется при уменьшении количества ОЦ в пачке до нуля. Наличие признаков НП и КП упрощает обработку полученных данных в ЭВМ.
При появлении ПП или признака КП схема управления 13 выдает на МА строб записи, по которому дальность и количество ОЦ в пачке через МС 8 переписываются в буфер МА.
Передача данных
С МА на модуль БР21-410 выдаются команды установки режима работы блока Р910 и код установки азимута антенны ПРВ.
Выдаваемые МА на модуль БР21-410 данные (команда и азимут ПРВ) записываются на регистры RGK 15 и RGβ 16 передатчика.
По окончании приема по ЛС данных (прием команды К1) схема управления выдает на передатчик модуля стартовый сигнал, по которому команда переписывается на сдвигающий регистр передатчика. По этому же сигналу передатчик формирует синхросигнал длительностью в три такта, затем преобразует последовательный двоичный код со сдвигающего регистра в биполярный код «Манчестер-11» и формирует контрольный (17-ый) бит данных.
По окончании выдачи команды таким же образом выдается в линию связи слово данных.
Работа передатчика синхронизируется частотой 2 МГц с кварцевого генератора модуля.
Временная диаграмма передачи слова представлена на фиг.3.
Промышленная применимость
Данное техническое решение промышленно реализуемо, обладает широкими функциональными возможностями, позволяющими осуществить сопряжение пункта управления с удаленными радиолокационными станциями через выносной блок, устройство компактно и имеет небольшие весогабаритные характеристики.