МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к автоматике и телемеханике, в частности, к устройствам отображения цифровой информации аналоговыми приборами, например, светодиодами с яркостью, регулируемой средним протекающим током.
Известно устройство для многоканального цифроаналогового преобразования, содержащее блок управления записью входной цифровой информации в электронную память и общий для всех каналов блок формирования широтно-модулированных сигналов, который с помощью дешифратора управляет выходными триггерами и через них выходными токовыми формирователями, SU 1046927. Однако количество проводов для управления выходными триггерами в этом случае растет линейно с числом каналов, так что при большом числе каналов сложность устройства неоправданно возрастает, а общее быстродействие системы резко снижается.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является многоканальный цифроаналоговый преобразователь, содержащий блок приема информации, генератор импульсов, блок управления процессом записи, блок памяти, формирователь сигналов управления, содержащий мультиплексор и первый, второй, и третий счетчики импульсов, триггер и блок формирования выходных сигналов, при этом к первому входу блока приема информации подключена линия связи, а ко второму его входу
подключен первый выход генератора импульсов, второй выход которого соединен со входом первого счетчика импульсов и со вторым входом блока формирования выходных сигналов, выход блока приема информации соединен со входом блока управления памятью, выход которого соединен с первым входом блока памяти, выход которого соединен с первым входом блока формирования выходных сигналов, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы первого счетчика импульсов соединены посредством шины со вторым, адресным, входом блока памяти, первый, второй и третий выходы третьего счетчика импульсов соединены посредством шины со вторым адресным входом блока управления памятью и, соответственно, с девятым, десятым и одиннадцатым входами мультиплексора, выход которого соединен со входом третьего счетчика импульсов, первый, второй, третий, четвертый, пятый выходы второго счетчика импульсов соединены, соответственно, с четвертым, пятым, шестым, седьмым, восьмым входами мультиплексора, а первый вход второго счетчика импульсов соединен с седьмым выходом первого счетчика импульсов, SU 1709527.
Для описанной выше схемы полное время цифроаналогового преобразования устройства определяется произведением емкости первых двух счетчиков. Например, при типичной тактовой частоте генератора импульсов 10 МГц для преобразования 64 канального 8-и битного сигнала потребуется 1,6 мс времени. Причем, время преобразования линейно растет в зависимости от числа каналов. Для управления информационными табло
даже с небольшими размерами 128×128 точек время преобразования будет больше 0,5 с, что определяет недостаточное быстродействие устройства.
В основу настоящей полезной модели положено решение задачи повышения быстродействия многоканального цифроаналогового преобразователя.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором приведена принципиальная схема устройства.
Многоканальный цифроаналоговый преобразователь (МЦП) содержит блок 1 приема информации, генератор 2 импульсов, блок 3 управления процессом записи, блок 4 памяти, формирователь 5 сигналов управления. Блок 5 содержит мультиплексор 6, первый 7, второй 8, и третий 9 счетчики импульсов. МЦП содержит также блок 10 формирования выходных сигналов и триггер 11. К первому входу блока 1 приема информации подключена линия связи, а ко второму его входу подключен первый выход генератора 2 импульсов, второй выход которого соединен со входом первого 7 счетчика импульсов и со вторым входом блока 10 формирования выходных сигналов. Выход блока 1 приема информации соединен со входом блока управления памятью, выход которого соединен с первым входом блока 4 памяти, выход которого соединен с первым входом блока 10 формирования выходных сигналов. Первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы первого 7 счетчика импульсов соединены посредством шины 13 со вторым, адресным, входом блока 4 памяти; первый, второй и третий выходы третьего счетчика 9 импульсов также соединены посредством шины 13 со вторым
адресным входом блока 4 памяти, а также соответственно, с девятым, десятым и одиннадцатым входами мультиплексора 6, выход которого соединен со входом третьего счетчика импульсов 9; первый, второй, третий, четвертый, пятый выходы второго счетчика 8 импульсов соединены, соответственно, с четвертым, пятым, шестым, седьмым, восьмым входами мультиплексора 6, а первый вход второго счетчика 8 импульсов соединен с седьмым выходом первого счетчика 7 импульсов.
МЦП содержит дополнительный мультиплексор 12, входящий в формирователь 5, при этом его первый, второй и третий входы соединены, соответственно, с четвертым, пятым, шестым выходами первого 7 счетчика импульсов; четвертый, пятый и шестой входы дополнительного мультиплексора 12 соединены, соответственно, с первым, вторым, третьим выходом третьего счетчика 9 импульсов, а выход соединен с первым входом триггера 11, второй вход которого соединен с седьмым выходом первого счетчика 7 импульсов и с третьим входом блока 10 формирования выходных сигналов; выход триггера 11 соединен с четвертым входом блока 10 формирования выходных сигналов; вход третьего счетчика 9 импульсов соединен со вторым входом второго 8 счетчика импульсов, а первый, второй, третий входы мультиплексора 6 соединены с его четвертым входом.
Блоки 2, 4, 6, 7, 8, 9, 11 и 12 реализуются на цифровом универсальном микроконтроллере AT91SAM7S. Блоки 1 и 3 реализуются на микросхеме FT245. Блок 10 реализован на микросхеме ТВ62706.
Многоканальный цифроаналоговый преобразователь работает следующим образом.
Информация поступает с линии связи на вход 1 блока 1. На вход 2 блока 1 подаются тактовые сигналы с блока 2. По тактовым импульсам с блока 2 данные с блока 1 передаются в блок 3, откуда поступают на вход 1 блока памяти 4. Из блока памяти 4 информация поступает на вход 1 выходного блока 10 формирования выходных сигналов. Блок 10 содержит токовые ключи и непосредственно управляет средствами индикации.
Блок 5 управляет чтением блока памяти 4 с преобразованием цифровых кодов в наборы весовых временных интервалов, а также управляет блоком 10. Импульсы с блока 2 поступают на счетный вход первого счетчика 7. Счетчик 7 работает строго циклически, последовательно адресуя информацию об одном из битов цифрового кода, определяемым счетчиком 9, в блоке памяти 4. Эта информация непрерывно, с частотой тактовых импульсов генератора 2, перемещается в регистр сдвига в блоке 10, а после сдвига информации о последнем, старшем канале происходит генерация сигнала переполнения счетчика 7 на его выводе 7. Этот сигнал своим задним фронтом инкрементирует счетчик 8 и переписывает непрерывно изменяющуюся информацию с выходов регистра сдвига блока 10 в параллельный регистр, воздействуя на его вход 3. В параллельном регистре она фиксируется до окончания следующего цикла работы счетчика 7, во время которого в регистре сдвига будет подготовлена для записи информация о следующем бите цифрового кода. Для циклов работы
счетчика 7, соответствующих выводу информации о младших 4-х битах цифрового кода, инкремент счетчика 9 будет происходить сразу после изменения состояния счетчика 8 одновременно со сбросом последнего импульсом с выхода мультиплексора 6. Таким образом, полное время циклов вывода информации о 4-х младших битах одинаково и соответствует одному циклу работы счетчика 7.
Однако длительность весовых временных интервалов на выходе блока 10 определяется не только временем фиксации информации в регистрах этого блока, но и длительностью формируемых на выходе триггера 11 положительных импульсов. Для младшего бита цифрового кода триггер 11 будет сброшен через дополнительный мультиплексор 12 положительным уровнем 4-го разряда счетчика 7, который соответствует генерации счетчиком 7 адреса 8-го канала из 64. Это определяет длительность импульса равную 1/8 от полного цикла переключения каналов счетчиком 7.
При достижении счетчиком 9 кода равного 4, взаимодействие трех счетчиков меняется. В этом случае после окончания одного цикла счетчика 7 счетчик 8 уже не сбрасывается сразу в '0', а ждет окончания следующего цикла счетчика 7. И только после этого счетчик 8 через мультиплексор 6 увеличивает код счетчика 9 и сбрасывает себя в '0'. При этом в регистры сдвига блока 10 в течение 2-х циклов работы счетчика 7 выводится одна и та же информация о 5-ом информационном бите, а информация в параллельном регистре не изменяется в течение 2-х периодов работы счетчика 7.
Совершенно аналогично происходит увеличение вдвое весовых временных интервалов и для всех более старших двоичных информационных разрядов.
Разрядность счетчика 8 формирующего весовые временные интервалы по сравнению с прототипом уменьшена (в предлагаемом примере на три разряда - с 8 до 5), а соответствующая часть младших разрядов (три) мультиплексора 6 подключены к младшему разряду счетчика 8. Количество отброшенных разрядов счетчика 8 соответствует числу используемых информационных входов второго мультиплексора 12 и определяет величину увеличения быстродействия. При этом полное время цифроаналогового преобразования по сравнению с прототипом существенно уменьшается.
Например, при типичной тактовой частоте генератора импульсов 10 МГц для преобразования 64 канального 8-битного сигнала потребуется 0,2 мс времени, что в 7,5 раза быстрее, чем в прототипе. Для условий управления информационным табло 128×128 получаем вполне приемлемые значения времени преобразования равные 23 мс. Максимальное ускорение при 8-битной точности преобразования может достигнуть 32 раза.