УНИВЕРСАЛЬНАЯ ЦИФРОВАЯ ЯЧЕЙКА

Изобретение относится к устройствам цифровой обработки сигналов, конкретно к универсальным цифровым ячейкам (УЦЯ) радиоэлектронных систем (РЭС).
Поддержание в работоспособном состоянии РЭС с длительными сроками эксплуатации требует производства запчастей - УЦЯ (типовых элементов замены цифровой обработки сигналов с цифровым входом/выходом). Предприятия-изготовители УЦЯ сталкиваются с проблемой снятия с производства устаревших микросхем малой и средней степени интеграции, на базе которых были спроектированы эти УЦЯ. В ряде случаев при производстве УЦЯ приходится использовать складские запасы старых микросхем с истекшими сроками годности. Перевод УЦЯ на современную элементную базу требует больших затрат, связанных с новым проектированием каждого УЦЯ с конкретным функциональным назначением. При этом контактные разъемы и технические характеристики новых УЦЯ должны быть совместимыми со штатными техническими характеристиками и разъемами РЭС.
Известно решение данной проблемы путем создания универсальной УЦЯ (RU 25118, кл. HO1L 49, HO1J 21/10, 2001), содержащей 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. 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 известной УЦЯ является относительно высокая трудоемкость смены функционального назначения УЦЯ из-за необходимости замены на печатной плате функциональной микросхемы и электронной настройки ее параметров после установки в УЦЯ.
Задачей полезной модели является уменьшение трудоемкости смены функционального назначения УЦЯ.
Техническим результатом, обеспечивающим решение этой задачи, является программная перестройка функциональной архитектуры УЦЯ.
Достижение заявленного технического результата и решение поставленной задачи достигается тем, что универсальная цифровая ячейка, содержащая печатную плату, многоконтактный электрический разъем, буфер и функциональную микросхему, установленную на печатной плате и соединенную через буфер с контактами электрического разъема, согласно полезной модели ее функциональная микросхема содержит не менее двух перепрограммируемых микроЭВМ, каждая из которых содержит процессор с перепрограммируемым и оперативным запоминающими устройствами, соединенными между собой 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 ATMega128.
Выполнение функциональной микросхемы в виде не менее двух перепрограммируемых микроЭВМ, каждая из которых содержит процессор с перепрограммируемым и оперативным запоминающими устройствами, соединенными между собой 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 УЦЯ программным
путем практически без доработки ее электрической схемы. Выполнение микроЭВМ на базе микроконтроллера ATMegal28 интерфейса позволяет реализовать полезную модель на доступной для производителя элементной базе.
На фиг.1 представлена конструкция УЦЯ с плоским штекерным разъемом, а на фиг.2 - ее функциональная схема.
Универсальная цифровая ячейка, далее УЦЯ, содержит печатную плату 1 с многоконтактным электрическим разъемом 2. На плате 1 установлены многофункциональная микросхема 3, сигнальные входы/выходы которой соединены через буфер 4 с контактами электрического разъема 2. Буфер 4 УЦЯ выполнен в виде блока адаптеров, элементов развязки и/или согласователей уровней импульсно-кодовых сигналов. Электрический разъем 2 выполнен в виде плоского штекерного разъема для УЦЯ РЭС нового поколения или в виде штекерного разъема с кольцевым размещением контактов (ламповым разъемом) - для УЦЯ РЭС старого поколения. Функциональная микросхема 3 содержит не менее двух перепрограммируемых микроЭВМ 5. Все микроЭВМ 5 выполнены по однотипной схеме и содержат установленные на двунаправленной активной шине 6 сопряжения процессор 7, перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) 8, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 9, синхронно-асинхронный приемопередатчик (САПП) 10 для соединения микроЭВМ 5 между собой, а также содержит контроллеры ввода/вывода (КВВ) 11 для соединения микроЭВМ 5 через буфер 4 - с контактами электрического разъема 2. Буфер 4 выполнен на резистивных элементах или на управляемых электронных коммутаторах с программной перестройкой архитектуры соединений контактов микросхемы 3 и разъема 2. Минимальное количество микроЭВМ 5 в функциональной микросхеме 3 равно двум для выделения при программировании функционального назначения микросхемы 3 одной из них в качестве ведущей (управляющей), а другой ведомой (работающей под управлением управляющей микроЭВМ 5). Максимальное количество микроЭВМ 5 в функциональной микросхеме 3 зависит от количества каналов ввода/вывода ее контроллера 11. При выполнении
микроЭВМ 5 на базе микроконтроллера ATMegal28, имеющей контролер 11 ввода/вывода на сорок пять контактов и типовой УЦЯ с разъемом на сто шестьдесят контактов функциональная микросхема 3 должна содержать не менее трех микроЭВМ 5. Изменение функционального назначения УЦЯ и ее параметров производят программной или программно-электронной настройкой. При программной настройке через электрический разъем 2 в буфере 4 устанавливается архитектура соединений контактов микросхемы 3 и разъема 2 под заданное функциональное назначение микросхемы 3. Одновременно в ППЗУ 8 микроЭВМ 5 производится замена записанных в них функционалов, связывающих параметры входных и выходных сигналов УЦЯ, записанных в цифровой форме. Так при программной настройке УЦЯ в качестве цифрового спектранализатора в ППЗУ 8 микроЭВМ 5 вводят полиномы Фурье с соответствующими значениями их весовых коэффициентов. При программной настройке ТЭЗ как коррелятора сигналов в память ППЗУ 8 вводят цифровой образ образцового сигнала и расчетный алгоритм сравнения параметров входного цифрового сигнала с параметрами образцового сигнала. При программно-электронной настройке ТЭЗ кроме перепрограммирования ППЗУ 8 производят перепайку резистивных элементов буфера 4, обеспечивающих согласование входов/выходов микросхемы 3 с контактами электрического разъема 2.
Универсальная цифровая ячейка работает следующим образом
Входные цифровые сигналы, представляющие собой 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 через контакты электрического разъема 2, буфер 4, контроллер 11, двунаправленную активную шину 6, подаются на соответствующие ОЗУ 9 микроЭВМ 5 для хранения на период, не меньший длительности цикла обработки сигналов. Одновременно процессор 7 каждой микроЭВМ 5 в соответствии с программой функционала, заложенной в ее ППЗУ 8, производит асинхронную обработку входных сигналов и хранение ее результатов в соответствующих
адресных ячейках ОЗУ 9. После окончания обработки входных сигналов каждая ведомая микроЭВМ 5 через двунаправленную активную шину 6 и САПП 10 выдает сигнал на управляющую микроЭВМ 5 об окончании обработки поступивших сигналов. Управляющая микроЭВМ 5 фиксирует окончание обработки сигналов по всем входам разъема 2, считывает результаты предварительной обработки сигналов со всех ОЗУ 5, обрабатывает их в соответствии с программой, заложенной в ее ППЗУ 8, коммутирует двунаправленные активные шины 6 на выдачу результатов обработки сигналов и выдает сигналы для считывания результатов обработки (сигнала отклика УЦЯ) с ОЗУ 9 через буфер 4 на соответствующие на контакты электрического разъема 2 УЦЯ в соответствии с архитектурой соединений, заложенной в буфере 4. После поступления очередного входного сигнала процесс повторяется. При этом входной сигнал и сигнал отклика УЦЯ может быть программно привязан к одному и тому же контакту разъема 2 за счет временного их разделения.
Таким образом, изготовив партию конструктивно одинаковых универсальных ячеек, можно путем программирования создать полный функциональный и конструктивный аналог УЦЯ, 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.
Полезная модель разработана на уровне технического предложения и математического моделирования многофункциональных микросхем 3 для типовых цифровых ячеек РЛС.