УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ТИПОВОЙ ЭЛЕМЕНТ ЗАМЕНЫ

Изобретение относится к устройствам обработки сигналов, конкретно к типовым элементам замены (ТЭЗ) радиоэлектронных систем (РЭС).
Поддержание в работоспособном состоянии РЭС с длительными сроками эксплуатации требует производства запчастей - типовых элементов замены (ТЭЗ). Предприятия - изготовители ТЭЗ сталкиваются с проблемой снятия с производства устаревшей элементной базы и микросхем малой и средней степени интеграции, на базе которых были спроектированы эти ТЭЗ. В ряде случаев при производстве ТЭЗ приходится использовать складские запасы старых микросхем с истекшими сроками годности. Перевод ТЭЗ на современную элементную базу требует больших затрат, связанных с новым проектированием каждого ТЭЗ с конкретным функциональным назначением. При этом контактные разъемы и технические характеристики новых ТЭЗ должны быть совместимыми со штатными техническими характеристиками и разъемами РЭС.
Известно решение данной проблемы путем создания универсального ТЭЗ (RU 25118, кл. H01L 49, H01J 21/10, 2001), содержащего печатную плату, многоконтактный электрический разъем, буфер и сменную функциональную микросхему, установленную на печатной плате и соединенную через буфер с контактами электрического разъема. При этом многоконтактный электрический разъем выполнен с кольцевым размещением контактов (для замены электронных ламп). Сменная функциональная микросхема выполнена на полупроводниковых элементах в виде усилителя, генератора, преобразователя электрических сигналов, индикаторного или логического элемента. Буфер выполнен в виде набора резистивных элементов для согласования и развязки функциональной микросхемы с контактами электрического разъема по сигнальным и питающим входам/выходам.
Недостатком известного универсального ТЭЗ является относительно высокая трудоемкость смены функционального назначения ТЭЗ из-за необходимости замены на печатной плате функциональной микросхемы и электронной настройки ее параметров после установки в ТЭЗ.
Задачей изобретения является уменьшение трудоемкости смены функционального назначения ТЭЗ.
Техническим результатом, обеспечивающим решение этой задачи, является программная перестройка функциональной архитектуры универсального ТЭЗ.
Достижение заявленного технического результата и решение поставленной задачи достигается тем, что универсальный ТЭЗ, содержащий печатную плату, многоконтактный электрический разъем, буфер и функциональную микросхему, установленную на печатной плате и соединенную через буфер с контактами электрического разъема, согласно изобретению он дополнительно содержит интерфейсный порт программирования, а функциональная микросхема содержит не менее двух перепрограммируемых микроЭВМ, каждая из которых содержит процессор с перепрограммируемым и оперативным запоминающими устройствами, соединенными между собой и интерфейсным портом программирования через синхронно-асинхронные приемопередатчики, а через контроллеры ввода/вывода и буфер - с контактами электрического разъема, причем буфер выполнен на микросхемах или съемных резистивных элементах.
При этом каждая микроЭВМ выполнена на базе микроконтроллера ATMegal28, а интерфейсный порт программирования снабжен последовательным USB-2.0 и/или параллельным RS-232 интерфейсом.
Введение интерфейсного порта программирования и выполнение функциональной микросхемы, содержащей не менее двух перепрограммируемых микроЭВМ, каждая из которых содержит процессор с перепрограммируемым и оперативным запоминающими устройствами, соединенными между собой и интерфейсным портом программирования через синхронно-асинхронные приемопередатчики, а через контроллеры ввода/вывода и буфер - с контактами электрического разъема, причем буфер выполнен на микросхемах или съемных резистивных элементах позволяет изменять функциональное назначение ТЭЗ программным путем практически без доработки его электрической схемы. Выполнение микроЭВМ на базе микроконтроллера ATMegal28, а интерфейсного порта программирования на базе последовательного USB-2.0 и/или параллельного RS-232 интерфейса позволяет реализовать изобретение на доступной для производителя элементной базе.
На фиг.1 представлена конструкция ТЭЗ с плоским штекерным разъемом, а на фиг.2 - его функциональная схема.
Универсальный типовой элемент замены, далее ТЭЗ, содержит печатную плату 1 с многоконтактным электрическим разъемом 2. На плате 1 установлены многофункциональная микросхема 3, снабженная интерфейсным портом 4 программирования, включающим двунаправленные устройства 5 и/или 6 ввода/вывода, выполненные соответственно с последовательным USB-2.0 и/или параллельным RS-232 интерфейсом. Сигнальные входы/выходы многофункциональной микросхемы 3 соединены через буфер 7 с контактами электрического разъема 2. Буфер 7 выполнен на микросхемах или съемных резистивных элементах. Для цифровых ТЭЗ он выполнен в виде перепрограммируемого электронного коммутатора и/или блока сменных адаптеров, содержащих элементы развязки и/или согласователи уровней импульсно-кодовых сигналов, а для аналоговых и аналого-цифровых ТЭ3-в виде аналого-цифровых (АЦП) и цифро-аналоговых (ЦАП) преобразователей сигналов. Электрический разъем 2 выполнен в виде плоского штекерного разъема для цифровых, аналоговых и цифроаналоговых ячеек РЭС или в виде штекерного разъема с кольцевым размещением контактов (ламповым разъемом) для аналоговых функциональных элементов РЭС старого поколения. Функциональная микросхема 3 содержит не менее двух перепрограммируемых микроЭВМ 8. Все микроЭВМ 8 выполнены по однотипной схеме и содержат установленные на двунаправленной активной шине 9 сопряжения процессор 10, перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) 11, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 12, синхронно-асинхронный приемопередатчик (САПП) 13 для соединения микроЭВМ 8 между собой и с интерфейсным портом 4 программирования, а также содержит контроллеры ввода/вывода (КВВ) 14 для соединения микроЭВМ 7 через буфер - с контактами электрического разъема 2.
Минимальное количество микроЭВМ 8 в функциональной микросхеме 3 равно двум. Это определяется целесообразностью выделения (для упрощения алгоритма обработки входных сигналов) одной из микроЭВМ 8 в качестве ведущей (управляющей), а других - в качестве ведомых (работающих под управлением управляющей микроЭВМ 8). Максимальное количество микроЭВМ 8 в функциональной микросхеме 3 зависит от количества каналов ввода/вывода ее контроллера 14. При выполнении микроЭВМ 8 на базе микроконтроллера ATMegal28, имеющей контролер 14 ввода/вывода на сорок пять контактов и типового ТЭЗ с разъемом на сто шестьдесят контактов функциональная микросхема 3 должна содержать не менее трех микроЭВМ 8.
Изменение функционального назначения ТЭЗ и его параметров производят программной или программно-электронной настройкой. При программной настройке в ППЗУ 11 микроЭВМ 8 через порт 4 производится замена записанных в них функционалов, связывающих параметры входных и выходных сигналов ТЭЗ, записанных в цифровой форме. Так при программной настройке ТЭЗ в качестве анализатора амплитудно-частотных характеристик радиолокационных сигналов в ППЗУ 11 микроЭВМ 8 вводят полиномы Фурье с соответствующими значениями их весовых коэффициентов. При программной настройке ТЭЗ в качестве коррелятора сигналов в память ППЗУ вводят цифровой образ образцового сигнала и расчетный алгоритм сравнения параметров входного цифрового сигнала с параметрами образцового сигнала. Кроме этого, для ТЭЗ с буфером 7, выполненным в виде перепрограммируемого электронного коммутатора, через контакты разъема 2 производят перепрограммирование электронного коммутатора буфера 7 для образования новой архитектуры связи между выводами микросхемы 3 и контактами разъема 2. При программно-электронной настройке ТЭЗ кроме перепрограммирования ППЗУ 12 производится замена буфера 7, соединяющего выводы микроЭВМ 8 с контактами электрического разъема 2, или перепайка отдельных резистивных его элементов (при несущественном изменении функционального назначения ТЭЗ). Для перевода цифрового ТЭЗ для обработки аналоговых сигналов без изменения функционального назначения ТЭЗ может быть достаточной установка в буфере 7 аналого-цифровых и/или цифро-аналоговых преобразователи сигналов без программной настройки ТЭЗ. В ППЗУ 11 ведомых микроЭВМ 8 вводят программы составляющих функционала (по предварительной обработке входных сигналов), а управляющей (ведущей) микроЭВМ 8 в ее ППЗУ 11 дополнительно вводят программу цикличности опроса ОЗУ 12, программу окончательной обработки входных сигналов (функционал ТЭЗ) и программу управления двунаправленной активной шиной 9 своей и ведомых микроЭВМ 8.
Универсальный аналоговый ТЭЗ работает следующим образом. Входные аналоговые сигналы через контакты электрического разъема 2 поступают на соответствующие АЦП буфера 7, где преобразуются в цифровую форму (девятнадцати разрядную импульсно кодовую последовательность импульсов, два старших разряда которой определяют адрес сигнала (номер контакта разъема 2 входного сигнала), остальные - численные значения параметров входного сигнала). Цифровые сигналы с выходов буфера 7 подаются через контроллер 14 и двунаправленную активную шину 9 на соответствующие ОЗУ 12 микроЭВМ 8 для хранения на период, не меньший длительности цикла обработки сигналов. Одновременно ЦП 10 каждой микроЭВМ 8 в соответствии с программой функционала, заложенной в ее ППЗУ 11, производит асинхронную обработку входных сигналов и хранение ее результатов в соответствующих адресных ячейках ОЗУ 12. После окончания обработки входных сигналов каждая ведомая микроЭВМ
8 через двунаправленную активную шину 9 выдает сигнал на управляющую микроЭВМ 8 об окончании обработки поступивших сигналов. Управляющая микроЭВМ 8 фиксирует окончание обработки сигналов по всем входам разъема 2, считывает результаты предварительной обработки сигналов со всех ОЗУ 12, обрабатывает их в соответствии с программой, заложенной в ее ППЗУ 11, коммутирует двунаправленные активные шины
9 на выдачу результатов обработки сигналов и выдает сигналы для считывания результатов обработки (сигнала отклика ТЭЗ) с ОЗУ 11 на соответствующие ЦАП буфера 7. Буфер 7 осуществляет преобразование сигнала отклика ТЭЗ в аналоговую форму и выдает его на контакты электрического разъема 2 ТЭЗ в соответствии с архитектурой соединений, заложенной в буфер 7. После поступления очередного входного импульсного аналогового сигнала процесс повторяется. При этом входной сигнал и сигнал отклика ТЭЗ может быть программно привязан к одному и тому же контакту разъема 2 за счет временного их разделения. Обработка непрерывных аналоговых сигналов производится аналогичным образом. Отличие состоит в выделении раздельных каналов на прием сигналов и на выдачу результатов их обработки. Работа универсального аналогового ТЭЗ с цифровым выходом по обработке сигналов значительно упрощается, поскольку не требуется дополнительного преобразования сигнала отклика ТЭЗ в цифровую форму. Работа универсального цифрового ТЭЗ с цифровым входом/выходом не требует использования АЦП и ЦАП. В связи с этим сокращается время отклика ТЭЗ. При этом принцип работы цифрового ТЭЗ аналогичен принципу работы вычислительной части аналогового ТЭЗ при условии их одинакового функционального назначения (усилитель, коррелятор, дискриминатор и т.д.).
Изготовив партию конструктивно одинаковых универсальных ячеек, можно путем программирования создать полный функциональный и конструктивный аналог ТЭЗ, выполненный на устаревшей элементной базе. Вместо проектирования и разработки конструкторской документации на каждый тип ячейки на новой элементной базе, единожды можно выполнить проектирование и разработку такой документации на универсальную ячейку. Расширение номенклатуры заменяемых старых ячеек может быть достигнуто разработкой соответствующих программ практически без доработок базовой конструкции, например, в радиоэлектронном оборудовании РЛС.
Таким образом, предлагаемый универсальный ТЭЗ может быть практически установлен вместо любого элемента вторичной и третичной обработки радиолокационной информации, реализованного на микросхемах малой и средней степени интеграции, при полном соответствии электрических параметров без каких-либо конструктивных доработок и без изменения электромонтажа изделия.