УСТРОЙСТВО ОБМЕНА ДАННЫМИ ПО МУЛЬТИПЛЕКСНОМУ КАНАЛУ

Область техники
Данное техническое решение относится к области вычислительной техники, а именно, к автоматизированным системам управления специального назначения.
Уровень техники
Аналогом данного технического решения является УПРАВЛЯЮЩИЙ АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ (свидетельство на полезную модель RU 20972 U1, заявка 2001115240/20 от 04.06.2001 г., МПК G01S 13/56, G06F 15/16 H04J 9/00 опубликовано 10.12.2001 г, бюл. №34), в котором частично реализованы некоторые требуемые функции.
Недостатком данного аналога является реализация задаваемых функциональных возможностей, громоздкость из-за использования устаревшей элементной базы, непрогрессивных технических решений.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого технического решения является ЦИФРОВАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ (свидетельство на полезную модель RU 20971 U1, заявка №200111631 от 28.05.2001 г., МПК G01S 13/56, G06F 13/00, H04J 9/00, опубликовано 10.12.2001 г., бюл. №34), в котором реализованы среди прочих избыточных требуемые функциональные возможности.
Цифровая вычислительная система для обработки аналоговой радиолокационной информации, состоящая из блока преобразования входной и выходной информации, содержащего модуль питания, и блока обработки информации, содержащего стандартный системный блок Intel-совместимой ЭВМ с модулями стандартной конфигурации и модулем математического акселератора, подключенными к внутренней системной шине, а также пульта оператора с клавиатурой, видеомонитора, подключенных к системному блоку персональной ЭВМ блока обработки информации, распределительной коробки, соединенной по цепям управления с пультом оператора и центральным приводом сервосистемы и цепям электропитания с видеомонитором, блоком преобразования входной и выходной информации и блоком обработки информации, отличающаяся тем, что блок, преобразования входной и выходной информации дополнительно содержит четыре модуля аналого-цифровых преобразователей (АЦП), по два входа двух первых модулей соединены с радиолокационной станцией, один вход третьего модуля АЦП - с центральным приводом сервосистемы, а второй вход третьего модули АЦП и дна входа четвертого модуля АЦП с гироазимутгоризонталю, модуль управления аналого-цифровыми преобразователями, первый вход-выход которого соединен по внутренней шине блока преобразования входной и выходной информации с третьими входами-выходами модулей аналого-цифровых преобразователей, модуль релейных команд, первый вход которого соединен с танковой навигационной аппаратурой, два входа-выхода соединены соответственно с радиолокационной станцией и линейными цепями радиоприемника и радиопередатчика, блок обработки информации дополнительно содержит модуль обмена телекодовой информацией, вход, выход и вход-выход которого соединены соответственно с выходом радиоприемника, радиопередатчика и третьим входом-выходом модуля релейных команд, модуль преобразования сигналов для сопряжения с центральным процессором, два входа-выхода которою соединены соответственно со вторым входом-выходом модуля управления аналого-цифровыми преобразователями и радиолокационной станцией, тренировочный модуль, два входа-выхода которого соединены соответственно с четвертым входом-выходом модуля релейных команд и радиолокационной станцией, модуль обмена телекодовой информацией, модуль преобразования сигналов для сопряжения с центральным процессором и тренировочный модуль соединены с внутренней системной шиной блока обработки информации.
Недостатком прототипа является невозможность реализовать требуемые технические функции в приемлемых массогабаритных размерах с минимальным потреблением энергии, на современной элементной базе, позволяющие использовать изделие в мобильном варианте.
Сущность полезной модели
Устройство обмена данными по мультиплексному каналу, содержит декодер, вход которого соединен с выходом мультиплексного канала (МК), сдвиговый регистр приема, вход которого соединен с выходом декодера, компаратор адреса канала, два входа которого соединены соответственно с первым выходом сдвигового регистра приема и входом адреса канала (А [4…0]), кодер, выход которого соединен с выходом мультиплексного канала КК, сдвиговый регистр передачи, выход которого соединен с входом кодера, узел приема с преобразователей "угол-код", вход которого соединен с выходом аналогоцифровых преобразователей (АЦП), узел выдачи данных на приводы зенитной самоходной установки ЗСУ, выход которого соединен с входами цифроаналогового преобразователя (ЦАП, 1000 Гц), узел сопряжения с радиолокационной станцией (РЛС), узел выдачи данных в радиолокационную станцию, выход которого соединен с входами угловых координат РЛС (β, ε, СИД)
Целью создания заявляемого технического решения является разработка устройства обмена данными по мультиплексному каналу с широкими функциональными возможностями на современных электрорадиоэлементах пригодного к эксплуатации на мобильной транспортной базе в жестких климатических условиях.
Устройство дополнительно содержит узел последовательной обработки информации FIFO (32 слова х 17 бит), вход которого соединен со вторым выходом сдвигового регистра приема, а выход с входом узла выдачи данных на приводы ЗСУ, мультиплексор входных данных, три входа которого соединены соответственно с выходами узла последовательной обработки информации FIFO, узла приема с преобразователей "угол-код", и узла сопряжения с РЛС, оперативное запоминающее устройство ОЗУ (32 слова х 16 бит), вход которого соединен с выходом мультиплексора входных данных, а выход с входом сдвигового регистра передачи и входом узла выдачи данных в радиолокационную станцию РЛС, узел управления, входы и выходы которого соединены с управляющими входами и выходами узлов устройства.
Перечень фигур, чертежей и иных материалов
На фиг.1 приведена структурная схема устройства обмена по мультиплексному каналу (УОМК).
На фиг.2 приведена временная диаграмма обмена информацией.
На фиг.3 приведена временная диаграмма приема кода дальности УОМК.
Пример варианта выполнения устройства
На фиг.1 обозначены: 1 - узел декодирования (декодер); 2 - сдвиговый регистр приема; 3 - компаратор адрес; 4 - узел обработки данных в порядке поступления FIFO, 5 - узел выдачи данных; 6 - узел приема преобразователей "угол-код"; 7 - узел сопряжения с радиолокационной станцией РЛС; 8 - мультиплексор входных данных; 9 -оперативное входное устройство (ОЗУ); 10 - сдвиговый регистр передачи; 11 - узел кодирования (кодер); 12 - узел выдачи данных в радиолокационную станцию; 13 - узел управления; 14, 15 - входы и выходы подключения к мультиплексному каналу; 16 - вход от аналого-цифрового преобразователя (АЦП); 17 - выходы к цифроаналоговому преобразователю (ЦАП); 18 - сигналы сопряжения с радиолокационной станцией (РЛС): данные по дальности (Д), подтверждение данных (ПД), угол азимута цели β, угол места цели ε и синхроимпульсы данных; 19 - ввод адреса.
На фиг.2 обозначены:
ОП - опрос датчиков углов поворота;
КС - командное слово;
СД - слово данных
ОС - обратное слово.
На фиг.3 дополнительно обозначены:
D - данные;
СИД - синхроимпульсы данных.
Назначение и технические данные
Устройство обмена по мультиплексному каналу (УОМК) предназначено для обмена информацией между ЭВМ и устройствами аналого-цифрового и цифроаналогового преобразования информации (АЦП и ЦАП) методом двусторонней поочередной передачи информации с помощью командных слов (КС), ответных слов (ОС), слов данных (СД) по последовательному магистральному интерфейсу в соответствии с ГОСТ 26765.52-87 циклами, повторяющимися с частотой 200 Гц.
Устройство обмена по мультиплексному каналу выполняет следующие функции:
- вырабатывает сигналы управления для преобразования синусоидальных сигналов, поступающих с датчиков углов поворота, в 16-разрядные цифровые дополнительные коды;
- принимает из АЦП сигналы ошибок "угол-код";
- принимает по мультиплексному каналу из системного блока ЭВМ коды управляющих воздействий и передает их на формирование сигналов скоростей приводов зенитной самоходной установки (ЗСУ);
- принимает аналоговые сигналы отклонения линии визирования антенны радиолокационной станции (РЛС) от цели, преобразует их в цифровые коды и передает по мультиплексному каналу в системный блок ЭВМ;
- получает от РЛС ЗСУ в последовательном коде значение дальности до цели и передает его по мультиплексному каналу (МК) в ЭВМ;
- передает из ЭВМ в РЛС ЗСУ в последовательном коде значения угла места цели ε и азимута цели β.
Информационное взаимодействие между ЭВМ и УОМК
Устройство обмена мультиплексного канала организует циклы обмена с оконечным устройством (ОУ), повторяющимися с частотой 200 Гц. Временная диаграмма обмена изображена на фиг.2.
Цикл начинается с опроса выходных кодов АЦП "угол-код", сигналов ошибок, формируемых АЦП "угол-код", выходных кодов линейных АЦП и занесения полученных кодов в ОЗУ. Общее время опроса 39-40 мкс. Если при опросе какого-либо АЦП "угол-код" будет зафиксирована ошибка этого АЦП, то выходной код с данного АЦП в регистровое ОЗУ не заносится. В ячейке ОЗУ сохраняется достоверное последнее значение кода угла, полученного от этого АЦП, которое транслируется затем в ЭВМ.
После приема 16-разрядных кодов углов начинается процесс передачи УОМК сообщения оконечному устройству. УОМК передает без пауз командное слово и 18 слов данных, в том числе информацию о текущем номере цикла связи по данным таймера (17 слово данных).
После получения последнего слова данных, ОУ передает УОМК ответное слово (ОС), затем УОМК передает оконечному устройству командное слово с требованием передать 14 слов данных, в том числе в 14 слове данных ретранслирует информацию, полученную в 17 слове от контроллера канала. На этом текущий цикл обмена завершается.
При передаче данных от оконечного устройства (ОУ) к УОМК выдается командное слово (КС), затем ОС и 14 слов данных.
Узел приема данных с преобразователей «угол-код" принимает информацию в 16-разрядном цифровом дополнительном коде с любого из 14 опрашиваемых каналов преобразования синусоидальных сигналов с датчиков углов поворота. Значения кодов углов заносятся в ОЗУ.
При отсутствия ошибки преобразования сигнала в системный блок ЭВМ передается значение датчика угла поворота. В случае наличия ошибки в системный блок ЭВМ передается последнее значение угла, полученное при отсутствии ошибки.
Значения ошибок каналов преобразования "угол-код" заносятся в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и передаются по мультиплексному каналу в ЭВМ.
Узел сопряжения с РЛС обеспечивает прием от РЛС ЗСУ последовательного 15-разрядного кода дальности до цели (15 разряд - контрольный). Диапазон изменения дальности 0-15000 м. Для приема кода дальности УОМК вырабатывает серию сдвиговых импульсов в соответствии с временной диаграммой, приведенной на фиг.3.
По этим же сдвиговым импульсам узел выдачи ε, β в РЛС выдает на цифровые индикаторы оператора РЛС по двум раздельным каналам последовательные 14-разрядные коды β, ε (в дополнительном коде). Младший разряд на первом месте, 15-контрольный. УОМК с частотой 200 Гц передает код дальности по мультиплексному каналу в ЭВМ. ЭВМ выдает на УОМК по мультиплексному каналу величины угловых положений приводов и значений дальности.
Из ЭВМ по мультиплексному каналу поступают коды управляющих воздействий на ЗСУ и фиксируются в памяти FIFO. Узел управления пересылает 14 слов данных из FIFO в узел выдачи информации на привода ЗСУ. Информация в параллельном коде поступает на ЦАП усилителей следящих систем и стробируется импульсами синхросерии частотой 1000 Гц скважностью 2 для формирования опорных напряжений.
Узел управления УОМК синхронизирует следующие вычислительные процессы:
- прием данных с преобразователей «угол-код»;
- прием данных от РЛС по дальности (код D);
- прием данных ДЕКОДЕРОМ из мультиплексного канала;
- выдача данных КОДЕРОМ в мультиплексный канал.
Узел управления УОМК выполняет следующие функции:
- передача сообщений по МК в форматах Ф1, Ф2;
- управление КОДЕРОМ;
- определение достоверности принимаемого сообщения, а именно: достоверный код «Манчестер 2», правильная четность слов, правильная полярность СИ (синхроимпульса) принимаемых слов, соответствие числа CD числу, указанному в КС, непрерывность принимаемого массива, достоверность паузы до первого ответного слова (ОС);
- управление ДЕКОДЕРОМ, обработка ошибок, контроль пауз между сообщениями;
- контроль адреса ОУ;
- анализ признаков ОС (ответного слова);
- запись слов данных в FIFO;
- сравнение количества заказанных слов в КС (командном слове) с количеством принятых слов;
- контроль последовательности принимаемых слов ОС, CD…CD;
- загрузка передаваемых слов по МК из ОЗУ;
- выдача сообщений о завершении операции на МК.
Конструктивно УОМК выполнен на базе многослойной печатной платы типоразмером (170×200) мм.
Напряжение питания плюс 15 В и минус 15 В, плюс 5 В и минус 5 В, максимально потребляемый ток 200 мА.
Контроллер канала предназначен для эксплуатации в следующих условиях:
- виброустойчивость и вибропрочность к синусоидальной вибрации в диапазоне частот от 10 до 120 Гц с ускорением до 4 g;
- удароустойчивость и ударопрочность при воздействии многократных ударных нагрузок ускорением 15 g;
- механические удары одиночного действия с пиковым ударным ускорением 196 м/с (20 g) и длительностью действия ударного ускорения от 5 до 15 мс;
- пониженная рабочая температура - минус 20°С;
- предельная пониженная температура - минус 40°С;
- повышенная рабочая температура - +50°С;
- предельная повышенная температура - +65°С;
- модуль должен быть работоспособным в условиях воздействия атмосферных конденсированных осадков (иней - роса);
- повышенная влажность воздуха 98% при температуре 35°С;
- атмосферное пониженное давление до 60 кПа (450 мм.рт.ст.).
Промышленная применимость
Данное техническое решение промышленно реализуемо, выполнено на современных электрорадиоэлементах, компактно, обладает минимальными массо-габаритными характеристиками, позволяющими его использовать в жестких климатических и эксплуатационных условиях, в транспортных средствах.