Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ГЛАВА 17.СРЕДСТВА ОТРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА ЭЛЕКТРОННО- ЛУЧЕВЫХ ТРУБКАХ
Содержание
1. Устройства и системы отображения на ЭЛТ................................... ..4
1.1. Общее устройство ЭЛТ в СОИ.............................................. ..4
1.2. Устройства отображения на ЭЛТ.......................................... ..6
1.2.1. ЭЛТ-мониторы с трёхточечной теневой маской...... ..8
1.2.2. ЭЛТ-мониторы с щелевой апертурной решёткой.... 10
1.2.3. ЭЛТ-мониторы с гнездовой маской.......................... 12
1.3. Алфавитно-цифровые регистрирующие устройства........... 12
1.3.1. Мозаичный способ формирования символов........... 14
1.3.2. Отрезковый способ формирования символов.......... 17
1.4. Регистрирующие устройства с совмещенной
формой записи....................................................................... 18
2. Связь СОИ с ЭВМ............................................................................... 20
3. Связь СОИ с бортовым вычислительным комплексом................... 23
4. Структуры микропроцессорных систем управления СОИ
программного управления и по запросу оператора.................... 24
Заключение.............................................................................................. 29
Контрольные вопросы............................................................................ 29
1. Устройства и системы отображения на ЭЛТ
1.1.1. Общее устройство ЭЛТ в СОИ
В современных летательных аппаратах важную роль играет связь между оператором и бортовой системой. Функции такой связи выполняет система отображения информации (СОИ).
В информационно-измерительных системах (ИИС) для документирования (фиксации на носителе) результатов измерений и обработки измерительной информации широкое применение находят разнообразные регистрирующие устройства, отличающиеся друг от друга принципом действия, методом формирования изображения на носителе информации, конструкцией и т.д. Регистрирующие устройства представляют возможность человеку, работающему в составе ИИС, неоднократно, в течение практически неограниченного времени пользоваться измерительной информацией.
По форме отображения измерительной информации регистрирующие устройства можно разделить на:
1) цифровые (алфавитно-цифровые);
2) графические;
3) совмещенные.
По системе управления СОИ делятся на:
1) устройства программного типа;
2) устройства с управлением по запросу оператора.
Одними из наиболее часто встречающихся СОИ являются СОИ выполненные на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ). Они отличаются хорошей наглядностью и достаточно качественным отображением информации. Из СОИ на ЭЛТ можно выделить алфавитно-цифровые регистрирующие устройства (АЦРУ), регистрирующие устройства с совмещенной формой записи, знаковые (цифровые) индикаторные устройства.
Устройства и системы отображения на электронно-лучевых трубках основаны на формировании изображений с помощью электронного луча в кинескопах мониторов.
Рис.1. Схема устройства ЭЛТ черно-белого кинескопа
Наиболее просто устроена черно-белая электронно-лучевая трубка (рис.1). Нагретый катод испускает электроны, которые проходят через модулятор, управляющий яркостью, и фокусируются фокусирующими электродами, так, чтобы пятно на экране было порядка 0.1 - 0.3 мм. Далее электронный пучок отклоняется отклоняющей системой. Для черно-белых трубок дисплеев обычно используется электромагнитное отклонение с помощью катушек, надетых на горловину кинескопа, но используется и электростатическое отклонение с помощью отклоняющих пластин (рис.2). Отклоненный пучок попадает на внутреннюю поверхность колбы, покрытую сплошным слоем
люминофора, и вызывает его свечение. Ускоряющее напряжение для таких кинескопов 10 кВ, ток пучка 10 мкА. При диаметре пятна 0.25 мм выделяемая мощность 150 Вт/см2. Пространственное разрешение таких ЭЛТ определяется диаметром пятна и составляет 3-10 точек/мм (85-250 точек/дюйм).
Адресное разрешение определяется уже схемотехническими решениями разработчиков дисплея и составляет для пользователей обычно 1024 пикселя по горизонтали (10 разрядов). Для уменьшения эффектов ступенчатости внутри цифровых систем разверток векторных дисплеев используется 11 или 12 разрядов.
Устройство цветных кинескопов подобно устройству черно-белых с тем отличием, что обязательно имеется три типа люминофора для красного, зеленого и синего цветов, а также средств для формирования и управления тремя отдельными электронными лучами (в некоторых, скорее экспериментальных цветных кинескопах используется единственный электронный луч).
Первый цветной масочный кинескоп с тремя отдельными электронными пушками, установленными друг относительно друга под 120 был разработан в США в 1950 г (кинескоп с дельтаобразным расположением пушек) (рис.3-4).
Рис.3. Общая схема цветного кинескопа
Основные параметры таких кинескопов следующие: Uанода
кВ, мА, диаметр пятна 0.25 мм P 2000 Вт/см2.
Рис.4 Электронно-оптическая система цветного кинескопа
1.2. Устройства отображения на электронно-лучевых трубках
Кинескопы на люминофорах или электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) являются наиболее известными и широко применяемыми индикаторными устройствами. Известно множество различных типов ЭЛТ, отличающихся как по конструкции, так и по характеристикам излучения. Общим для них является наличие генерируемого с катода и управляемого электронного пучка, воздействующего на люминесцентный экран, и представление выходной информации в виде светового поля. ЭЛТ подразделяют на приборы с черно-белым и цветным изображением, с магнитным и электростатическими отклоняющими системами, однолучевые и многолучевые, специальные и т.д.
В устройствах отображения на ЭЛТ информация, представленная в виде последовательности цифровых кодов, которые вводятся вручную оператором или поступают из системы, преобразуется и отображается на экране ЭЛТ в виде текста, таблицы, графиков, схем или рисунков. Изображение создается благодаря подсветам нужных участков траектории движения электронного пучка по поверхности экрана ЭЛТ.
Рассмотрим типовую упрощенную структурную схему УОИ на ЭЛТ (рис. 5). Информация в закодированном виде храниться в буферном запоминающем устройстве БЗУ, которое обеспечивает регенерацию изображения на ЭЛТ. Емкость БЗУ обычно рассчитана на максимальный объем информации, одновременно отображаемой на
Рис. 5. Упрощенная структурная схема УОИ на ЭЛТ
ЭЛТ. В БЗУ используются магнитные сердечники, сдвигающие регистры на интегральных схемах (ИС и БИС), реже магнитострикционные линии. В БЗУ хранятся: коды координат точек экрана или коды приращений координат относительно предыдущего элемента изображения; коды знаков; коды, задающие элементы графики (длина и угол наклона отрезка прямой, величина радиуса и граничные углы радиус-вектора для дуги окружности); признаки, характеризующие вид информации (код координат, код знака и т.д.); признаки, задающие специальные режимы отображения (размер знака, градация по яркости, мигание и т.п.).
В УОИ обычно используются ЭЛТ со средним послесвечением. Чтобы изображение было немерцающим, его регенерируют с частотой 30-50 с-1. Часто регенерация осуществляется с частотой питающей сети.
Коды из БЗУ поступают на распределитель информации РИ. Каждый код сопровождается признаком вида информации, согласно которому РИ направляет код координат на регистр координат Рг. К, код знака — на генератор знаков ГЗ, код элементов графики — на генератор векторов ГВ или генератор окружностей ГО. Коды координат x и y с помощью преобразователей «код — напряжение» ПКН1 преобразуются в напряжение, которое через координатные усилители КУ воздействуют на отклоняющую систему КОС, управляя электронным пучком и устанавливая его в заданную точку. Аналогично, цифровые коды, поступающие с выходов ГВ и ГО, преобразуются в ПКН1 в аналоговые сигналы и через КУ поступают на КОС, а сигналы с ГЗ через ПКН2 и знаковый усилитель ЗУ управляет знаковой отклоняющей системой ЗОС. Если на выходах ГЗ, ГВ и ГО формируются аналоговые сигналы, то генераторы непосредственно подключаются к усилителям. Сигналы с ГЗ или с ГВ и ГО поступают на устройство управления подсветом УУП, которое через усилитель подсвета УП воздействует на модулятор ЭЛТ, изменяющий яркость электронного пучка согласно входным сигналам.
Рассмотрим наиболее распространенные устройства отображения на ЭЛТ.
1.2.1. ЭЛТ-мониторы с трёхточечной теневой маской
Наиболее старая и широко используемая технология с так называемой теневой маской использует перфорированную металлическую пластину, помещаемую перед люминофором. Она маскирует три отдельных луча, каждый из которых управляется собственной электронной пушкой. Маскирование обеспечивает необходимую концентрацию каждого луча и обеспечивает его попадание только на нужный цветовой участок люминофора. Однако практика показывает, что ни один из мониторов не обеспечивает идеального выполнения этой задачи по всей поверхности экрана (Рис.6 и 7).
Ранние ЭЛТ- дисплеи с теневой маской имели выраженную криволинейную (сферическую) поверхность. Это позволяло добиваться лучшей фокусировки и уменьшало нежелательные эффекты и отклонения, вызываемые нагревом. В настоящее время большинство профессиональных и специализированных мониторов имеет практически плоский прямоугольный экран (типа FST).
Мониторы с теневой маской имеют свои преимущества:
- текст выглядит лучше (особенно при малом размере точек);
- цвета «натуральнее» и точнее (что особенно важно для компьютер- ной графики и в полиграфии);
- отлаженная технология обеспечивает лучшее соотношение стоимости и эксплуатационных качеств.
Рис.6. Дельтообразное расположение электронных пушек в ЭЛТ с теневой
маской: 1-электронные пушки; 2-теневая маска; 3-экран с люминофором
Из недостатков можно отметить меньшую яркость таких мониторов, недостаточную контрастность изображения и более короткий срок службы, по сравнению с другими типами дисплеев.
Рис.7. ЭЛТ-монитор с трёхточечной теневой маской:
1-электронные пушки; 2-теневая маска; 3-экран ЭЛТ; 4-зёрна люминофора; 5-электронные лучи; 6-электронные линзы
1.2.2. ЭЛТ-мониторы с щелевой апертурной решёткой
Новую технологию изготовления CRT-дисплеев - с апертурной решеткой вместо традиционной точечной маски - впервые предложила фирма Sony, выпустив мониторы с трубкой Trinitron (рис.8 и 9). В электронных пушках этих трубок используются динамические квадрупольные магнитные линзы, позволяющие формировать очень тонкий и точно направленный пучок электронов. Благодаря такому решению значительно снижается астигматизм - рассеивание электронного пучка, приводящее к недостаточной резкости и контрастности изображения (особенно по горизонтали). Но главное отличие от технологии с теневой маской здесь состоит в том, что вместо металлической пластины с круглыми отверстиями, выполняющей функции маски, здесь используется вертикальная проволочная сетка (апертурная решетка) и люминофор наносится не в виде точек, а в виде вертикальных полос. Мониторы с апертурной решеткой имеют следующие преимущества:
Рис.8. Конструкция ЭЛТ типа Trinitron:
1-электронная пушка; 2-главная пушка; 3-пластины электростатического сведения лучей; 4-электронные лучи; 5-полоски люминофора; 6-экран кинескопа, образованный цилиндрической поверхностью; 6-апертурная решетка; 7-поперечные нити
- в тонкой сетке меньше металла, что позволяет использовать больше энергии электронов на реакцию с люминофором, а значит, меньше рассеивается на решетке и уходит в тепло;
- увеличенная площадь покрытия люминофором позволяет повысить яркость излучения при той же интенсивности пучка электронов;
- в связи со значительным общим повышением яркости можно использовать более темное стекло и получать на экране более контрастное изображение;
- экран монитора с апертурной решеткой более плоский, чем у дисплеев с теневой маской, а в последних моделях даже не цилиндрический, как раньше, а почти абсолютно ровный, что гораздо удобнее в работе и уменьшает количество бликов и отражений.
Рис.9. ЭЛТ с щелевой апертурной решёткой:
1-электронные пушки; 2-щелевая маска; 3-экран ЭЛТ; 4-полоски люминофора;
5-электронные лучи; 6-электронные линзы
Из недостатков можно отметить только «неприятные» горизонтальные нити-ограничители, используемые в таких мониторах для придания проволочной сетке дополнительной жесткости. Хотя проволочки в апертурной решетке туго натянуты, в процессе работы они могут вибрировать под воздействием пучков электронов. Демпферная нить (а в экранах больших размеров - две нити) служит для ослабления колебаний и гашения вибрации. По этим нитям мониторы с трубкой Trinitron можно отличить от других моделей. Кроме того, если в процессе работы такого монитора его слегка качнуть, колебания изображения будут видны даже невооруженным глазом. Именно поэтому мониторы с этими трубками не рекомендуется ставить на системные блоки типа desktop. Остается добавить, что в электроннолучевых трубках Sony Trinitron используется система трех пучков электронов, излучаемых одной пушкой, а в трубках с подобной апертурной решеткой компании Mitsubishi - Diamondtron -система из трех лучей с тремя пушками.
1.2.3. ЭЛТ-мониторы с гнездовой маской
Следующий- комбинированный тип электронно-лучевой трубки, так называемый CromaClear/OptiClear (впервые предложенный фирмой NEC) -это вариант теневой маски, в которой используются не круглые отверстия, а щели, как в апертурной решетке, только короткие - «пунктиром». Люминофор наносится в виде таких же эллиптических полосок, а полученные таким образом гнезда для большей равномерности расположены в «шахматном» порядке. Такая гибридная технология позволяет сочетать все преимущества вышеописанных типов при отсутствии их недостатков. Четкий и ясный текст, натуральные, но достаточно яркие цвета и высокая контрастность изображения неизменно привлекают к этим мониторам все группы пользователей.
1.3. Алфавитно-цифровые регистрирующие устройства
Алфавитно-цифровые регистрирующие устройства (АЦРУ) используются для фиксирования на носителе информации результатов измерений и обработки в цифровой форме с необходимыми буквенными символами. Широкому использованию АЦРУ, способствуют распространение цифровых методов измерения, при которых на выходе измерительных устройств имеются дискретные значения измеряемых величин в виде кодового эквивалента, а также преимущества цифровой формы записи, которые позволяет исключить погрешность регистрации и отсчета результатов измерений.
Из всех многочисленных технических требований, предъявляемых к АЦРУ, включенным в состав ИИС, основным является быстродействие.
Требуемое от АЦРУ быстродействие, по существу определяет и способ регистрации, и вид пишущего устройства, и носитель информации, и многие другие технические характеристики. Быстродействие АЦРУ, осуществляющих посимвольную регистрацию, выражается числом символов, регистрируемым устройством в секунду, а АЦРУ, осуществляющих печать всех символов одновременно – числом строк в секунду.
Различные по назначению, принципам действия и техническим характеристикам АЦРУ по быстродействию могут быть разделены на: устройства малого быстродействия (до 300 стр/мин), устройства среднего быстродействия (до 1500 стр/мин) и устройства высокого быстродействия (свыше 5000 стр/мин).
По способу нанесения изображения регистрируемых символов на носитель различают: электромеханические и немеханические регистрирующие устройства. В первых, изображение символов на носителе формируется в результате механического воздействия (удара) печатающего молоточка на шрифтодержатель или знакоформирующий элемент с одновременным нанесением на поверхность носителя слоя красящего вещества, а, в немеханических регистрирующих устройствах, изображения символов на носителе формируются в результате электро-физико-химических воздействий на чувствительные к этим воздействиям носители.
Стремление создать АЦРУ, свободные от недостатков, присущих электромеханическим устройствам, привело к созданию АЦРУ, в которых формирование символов на носителе происходит под воздействием электро-физико-химических воздействий, к созданию немеханических АЦРУ. На практике, наибольшее распространение получили немеханические АЦРУ. В них формирование символов на носителе происходит под воздействием электрического тока (электростатические, электрохимические, термографические и струйные АЦРУ), электромагнитного поля (электромагнитные АЦРУ) и светового потока (фотографические АЦРУ).
В существующих фотографических АЦРУ достигнуто быстродействие 10000 симв/с. Это было достигнуто благодаря использованию высокочувствительных носителей. Причем быстродействие ограничивается только быстродействием механизма перемещения носителя. Так, для указанного быстродействия, при высоте регистрируемого символа 3 мм и 16 символах в строке скорость перемещения носителя составляет 2,5 м/с.
Фотографические АЦРУ обладают еще одним существенным недостатком, препятствующему их широкому распространению – необходимостью дополнительной химической обработки носителя для проявления и фиксирования скрытого изображения. Однако разрабатываемые методы высокоскоростной обработки фотоматериалов и использование специальных носителей, дающих видимое изображение, позволяют устранить указанный недостаток.
В качестве промежуточных носителей в фотографических АЦРУ используются экраны ЭЛТ и электролюминесцентных табло (ЭТ).
В АЦРУ, использующих ЭЛТ с электростатической фокусировкой и отклонением электронного луча, формирование символов происходит при перемещении луча по контуру символа. Наряду с такими ЭЛТ используются специальные, знаковые ЭЛТ.
Формирование символов на экране в них происходит путем придания лучу профиля регистрируемого символа матрицей, отверстия которой имеют форму символов. Такие ЭЛТ, получившие название "характрон", имеют комбинированную систему отклонения и корректировки электронного луча.
Экранам ЭЛТ как промежуточным носителям фотографических АЦРУ присущ и ряд недостатков. Наиболее существенными из них являются: большие габариты ЭЛТ (особенно ЭЛТ типа характрона), высокие напряжения питания и сложность согласования с полупроводниками и интегральными схемами управления. Перечисленных недостатков лишены промежуточные экраны, выполненные на основе электролюминесцентных знаковых табло.
Схема управления работой фотографического АЦРУ определяется принципом формирования символов на промежуточном носителе. По принципу формирования символов на экране ЭЛТ АЦРУ можно разделить на мозаичные и отрезковые.
1.3.1. Мозаичный способ формирования символов
Рассмотрим структурную схему фотографического АЦРУ с мозаичным способом формирования символов (рис.10). Такой способ формирования символов на экране ЭЛТ заключается в следующем: любой символ может быть представлен вписанным в прямоугольную матрицу, разбитую на n строк и m столбцов, например состоящую из 48=32 элементов. Управляемый схемой электронный луч последовательно обегает все элементы прямоугольника снизу вверх и слева направо. Подачей управляющего сигнала на модулирующий электрод
Рис.10. Структурная схема мозаичного АЦРУ
ЭЛТ увеличивают яркость изображения в определенных точках матрицы, из которых и формируется изображение требуемого символа.
Работа схемы управления фотографического АЦРУ с мозаичным способом формирования символов заключается в следующем. Генератор тактовых импульсов (ГТИ) постоянно вырабатывает импульсы, которые с приходом от источника информации сигналов сопровождения информации (СИ) через блок синхронизации (БС) запускают счетчик Счу, который отсчитывает шаги перемещения электронного луча по координате у. С выхода счетчика двоичный код поступает на преобразователь "код - напряжение" (ПКНу). ПКНу вырабатывает ступенчатое, пилообразное напряжение (Uу), под воздействием которого луч скачкообразно перемещается по вертикали на заданное число шагов. Каждый восьмой импульс со Счу поступает на счетчик СЧх, который отсчитывает перемещение электронного луча по координате х. Управляемый сигналами СЧх, ПКНх вырабатывает ступенчатое пилообразное напряжение Uх, под воздействием которого электронный луч перемещается на один шаг по координате х после обегания восьми точек по координате у.
При переходе к выписыванию нового символа под воздействием синхронизирующего импульса "СИ" код счетчика Счх увеличивается на 3. При этом электронный луч перемещается на три шага по горизонтали, обеспечивая заданное расстояние между символами. Таким образом электронный луч обегает знакоместа символов по всей строке. "Подсвечивание" луча в определенных точках в соответствии с конфигурацией символа осуществляется следующим образом. Информация поступает через регистр числа (Рг) на дешифратор (Дш), который управляет схемами совпадения (И). Дешифратор преобразует поступающий код в позиционный код матрицы. При поступлении информации (символа) выбирается один из выходов дешифратора, управляющий одним из выходов n схем совпадения (в соответствии с необходимым для "подсвечивания" луча для данного символа числом точек матрицы). Вторые входы схем совпадения последовательно опрашиваются с помощью импульсов, поступающих с ГТИ, через БС и счетчик элементов матрицы (Счм). Таким образом, синхронно с перемещением луча по экрану происходит обегание схем совпадения и поступление с ее выходов импульсов на ключ (Кл), управляющий работой модулятора ЭЛТ.
1.3.2. Отрезковый способ формирования символов
Большее быстродействие и более экономичную схему управления имеют фотографические АЦРУ, в которых используется отрезковый способ формирования символов на экране ЭЛТ (рис.11). При отрезковом способе формирования символов контур символа синтезируется из n отрезков прямых линий. Формирование символов на экране ЭЛТ происходить при программированном перемещении луча по контуру символа. Это достигается при подаче на отклоняющие пластины ЭЛТ напряжений специальной формы, образованных из ряда линейно-нарастающих и линейно-падающих участков.
Рис.11. Структурная схема отрезкового АЦРУ
При работе АЦРУ от источника информации в блок синхронизации (БС) поступает команда "Печать", по которой запускается механизм перемещения носителя информации и устройство фотосъема (УФ).После достижения носителем нормальной скорости перемещения БС выдает сигнал "Готов". После выдачи указанного сигнала и тактовых импульсов "Запрос информации" от блока преобразований БПр на выход АЦРУ поступает двоично-десятичный код измерительной информации. БПр преобразует этот код разряд за разрядом, передает его в блок выбора символов и коммутации (БВСиК) и запускает блоки горизонтальной развертки (БГР) и формирования символов (БФС). БВСиК выбирает сформированные в БФС вертикальные Uу и горизонтальные Uх составляющие напряжений, соответствующие регистрируемому символу. Горизонтальная составляющая Uх суммируется со ступенчатым напряжением горизонтальной развертки Uг и через усилитель горизонтальных отклоняющих пластин (УГОП) поступает на пластины ЭДТ. Вертикальная составляющая Uу поступает непосредственно через усилитель вертикальных отклоняющих пластин (УВОП) на отклоняющие пластины ЭЛТ. Одновременно от БФС на модулирующий электрод поступает импульс засветки, который обеспечивает высвечивание вычерчиваемых отрезков. По окончании формирования строки БПр запрашивает новую информацию. Последовательно возникающие на экране ЭЛТ символы фотографируются на непрерывно движущийся носитель.
1.4. Регистрирующие устройства с совмещенной формой записи
Совмещенная форма записи позволяет производить оперативный, качественный и количественный анализ изучаемых процессов, облегчает процесс восприятия информации, повышает информационную надежность записи.
При совмещенной форме записи точность воспроизведения непрерывного сигнала в точках оцифровки определяется точностью цифрового измерительного преобразователя. В неоцифрованных точках аналоговой кривой можно найти промежуточные значения с меньшей точностью, чем точность в оцифрованных точках, но значительно большей, чем точность при аналоговой записи. При этом точность записи аналоговой кривой существенного значения не имеет.
Удобно, когда оцифрованными являются характерные точки входного сигнала, например точки экстремальных значений. Для их выявления в состав устройства с совмещенной регистрацией включаются специальные логические схемы. Они выполнены по принципу аналоговой памяти (АП) на конденсаторе или трансфлюксоре с использованием в цепи отрицательной обратной связи ОС порогового устройства, например диода. Если напряжение на входе АП растет, то цепь обратной связи замкнута, и Uвых повторяет Uвх. Таким образом, уровень заряда конденсатора (насыщения трансфлюксора) АП пропорционален Uвх. При уменьшенииUвх (конденсатор не разряжается, либо трансфлюксор не перемагничивается) Uвых начинает с некоторого момента времени превышать Uвх, и цепь обратной связи АП разрывается. На выходе АП сохраняется то значение Uвых, которое соответствует тому моменту времени, когда начался переход Uвх от возрастания к убыванию. Момент максимума величины Uвх оказывается зафиксированным.
Для фиксирования минимума величины Uвх схема логического устройства аналогична, только включение диода в цепи обратной связи должно быть изменено на обратное.
Для отметки последовательно возникающих минимальных и максимальных значений величины Uвх АП должна периодически очищаться.
Рис.12. Структурная схема регистрирующего устройства с совмещенной формой записи
Рассмотрим структурную схему регистрирующего устройства с совмещенной формой записи (рис.12). Ключи К1 и К2 попеременно
подключают АП1 и АП2 ко входу преобразователей "аналог-код" (ПАК) в те моменты времени, когда на выходах АП1 иАП2 существует неменяющееся во времени значение предыдущего экстремального значения величины Uвх. ПАК запускается импульсами, отмечающими появление экстремальных значений, которые поступают от элементов b+ и b- через схему ИЛИ. Триггер Тг очищает одну из схем АП, когда в другой отмечается появление противоположного экстремального значения величины Uвх. В соответствии с кодом, имеющимся на выходе ПАК, цифрограф ЦУ формирует на экране ЭЛТ1 десятичное число. Одновременно схема ФМ формирует на экране ЭЛТ2 световую отметку, соответствующую оцифрованной точке аналоговой кривой. Таким образом, на экране ЭЛТ1 происходит формирование цифрового значения Uвх, а на экране ЭЛТ2 – аналоговой кривой, соответствующей изменению величины Uвх с отметками экстремальных значений.
Совмещение аналогового и цифрового изображения на носителе информации НИ производится объективами О1 и О2.
2. Связь СОИ с ЭВМ
Информация, подлежащая отображению, может поступать параллельным, последовательным или последовательно-параллельным кодами. При применении СОИ в системах измерения и контроля, работающих в реальном масштабе времени, продолжительность цикла связи между ЭВМ и СОИ должна быть минимальной. Исходя из этого, целесообразна передача информации с выходных регистров ЭВМ в устройства отображения информации (УОИ) параллельными кодами. Но при значительном удалении УОИ от ЭВМ использование большого числа параллельных проводов, для передачи информации, является экономически нецелесообразным. В этом случае чаще используют параллельно-последовательный или последовательный способ передачи информации. При последовательном способе передачи информация поступает на УОИ последовательно — в единичном коде или в виде кодовых посылок, разряд за разрядом. Количество проводов в этом случае минимально, но возрастает объем дополнительного оборудования для преобразований информации. Последовательный способ передачи применяют тогда, когда стоимость канала связи превышает стоимость дополнительного оборудования. Применение параллельно-последовательного способа — компромиссное решение, позволяющее получить оптимальное соотношение между числом проводов и количеством дополнительного оборудования.
Связь между УОИ и процессором осуществляется в асинхронном режиме, характеризующемся переменными временными интервалами, по принципу «запрос-ответ». В системе обмена определяющей является ЭВМ. Связь должна обеспечивать:
- запрос на выдачу информации в УОИ (требование на обслуживание);
- передачу информации от УОИ к ЭВМ;
- начало обмена информацией;
- подготовку УОИ к приему информации и последующему ее отображению;
- передачу информации на отображение;
- сигнализацию сбоев при передаче;
- окончание процесса связи УОИ с ЭВМ.
Связь УОИ с ЭВМ осуществляется в два этапа. На первом, подготовительном, производится передача и прием команд, подготовка устройства к приему информации. После подготовки УОИ сигнализирует ЭВМ о готовности. Далее начинается основной этап передачи информации. Одновременно с передачей осуществляется контроль передаваемой информации.
Наибольшее распространение получил параллельно-последова-тельный способ обмена информацией между ЭВМ и УОИ. Используется унифицированный порядок обмена, который позволяет присоединять дополнительные УОИ без изменения в работающей части системы только с заменой кабельных соединений и изменением программы. При этом стандартизированы, т. е. определены, структура и набор команд, управляющих сигналов и информационных слоев для управления любым УОИ.
При нескольких УОИ и каналов ввода-вывода появляется необходимость выделения из состава процессора управляющих устройств ввода-вывода (УВВ), наделенных к тому же свойствами автономности. Поэтому в состав СОИ включаются унифицированные устройства управления вводом-выводом, обеспечивающие обмен информацией между оперативной памятью и УОИ. Эти устройства получили название каналов ввода-вывода.
При использовании таких каналов ввода-вывода обеспечиваются:
а) достаточно простое программирование при вводе-выводе;
б) возможность использования различных процессоров;
в) стандартность в выполнении операций обмена информацией;
г) возможность подсоединения большого числа (до 256) УОИ и ввода-вывода;
д) возможность подсоединения (наращивания) большого числа УОИ с данной системой обмена.
Рассмотрим структуру СОИ с УОИ с использованием унифицированных связей (рис.13). В систему может входить один или несколько каналов ввода-вывода, к каждому из которых подключается несколько устройств управления (УУ) и УОИ.
Рис.13. Связь СОИ с ЭВМ
При необходимости обмена информацией процессор, начиная операцию, посылает в канал необходимую информацию, после чего продолжает свою работу. Канал в это время выполняет операцию по вводу-выводу информации, которые являются общими для всех УОИ и ввода-вывода. Канал выполняет операцию по вводу-выводу информации, которые являются общими для всех УОИ и ввода-вывода. Канал выполняет операцию автономно. УОИ обслуживаются либо индивидуальными, либо групповыми УУ, подключенными к информационной магистрали. Канал ввода-вывода может выполнять функции мультиплексорного или селекторного каналов. При выполнении функций селекторного канала обслуживаются быстродействующие УОИ (дисплеи, АЦПУ). Устанавливается связь только с одним устройством вывода, которая сохраняется в течение времени выполнения операции (монопольный режим). При выполнении функций мультиплексорного канала обслуживаются медленнодействующие УОИ. В этом режиме происходит чередование сеансов связи канала с несколькими УОИ. С каждым из УОИ связь устанавливается только во время передачи одной порции информации (например, одного или нескольких байтов). После обмена одной посылкой УОИ логически отключается от канала, который после этого переходит к обслуживанию следующего УОИ.
Существуют устройства, выполняющие функции только мультиплексорного или селекторного каналов. Унифицированная система связей между каналами ввода-вывода процессора и УУ для УОИ и ввода-вывода называется интерфейсом ввода-вывода.
3. Связь СОИ с бортовым вычислительным комплексом
Взаимосвязь всех систем авионики обеспечивается с помощью шины циркулярной передачи данных по пересекающимся каналам, в том числе по волоконно-оптическим линиям связи. Такая конфигурация информационного интерфейса дает возможность распределять данные между различными вычислителями, что обеспечивает высокую вычислительную эффективность и живучесть бортового оборудования. Открытость архитектуры вычислительного комплекса позволяет наращивать его возможности, в частности за счет использования информационных технологий для управления в экстремальных ситуациях.
Наиболее распространенным средством агрегирования бортовых систем контроля реального масштаба времени перспективных самолетов и вертолетов являются мультиплексные каналы межмодульного обмена информации (МК) по ГОСТ 26765.52-87(MIL-STD-1553B). Наряду с ними в авиационных комплексах предыдущего поколения широко распространены радиальные шины (РК) по ГОСТ 18977-79(ARING-429). Существуют интерфейсы MIL-STD-1553B, ARING-429 ,CAN-BAS и платы ввода/вывода цифровой и аналоговой информации.
4. Структуры микропроцессорных систем управления СОИ с устройствами программного управления и по запросу оператора
Устройства программного отображения информации имеют простую структуру и характеризуются однонаправленной передачей информации от центрального процессора к УОИ по заранее составленной программе. Это в основном устройства справочного типа с ограниченными информационными возможностями.
Обновление отображаемой на экране такого устройства информации может осуществляться в следующих случаях:
-через определенные промежутки времени;
-по окончании этапа переработки информации;
-по достижении наперед заданных временных интервалов;
-при выходе контролируемых и отображаемых параметров за установленные границы;
-при накоплении в ЭВМ определенной порции информации.
В состав УОИ (устройства обработки информации) включают буферное ЗУ (запоминающие устройства). В отдельных случаях может быть использовано одно буферное ЗУ на несколько УОИ. Структура системы управления с устройствами программного отображения информации приведена на рис.14. Такая система для дистанционной связи группы УОИ с ЭВМ через блок связи БС характеризуется значительными аппаратурными затратами канального оборудования между ЭВМ и каждым УОИ, для сокращения которого можно использовать унифицированный канал с информационными шинами (ШИ) и шинами селекции (ШС). По информационным шинам передается информация, а по шинам селекции шифр УОИ, для которого предназначается передаваемая в данный момент информация (рис. 15). Устройства связи с объектами контроля и управления здесь не показаны.
Рис.14. Структурная схема системы управления с устройствами программного отображения информации, с индивидуальными каналами
Устройства с отображением информации по запросу характеризуются более сложной структурой, в их состав включается узел ручного ввода с клавиатурой. В состав клавиатуры включаются функциональные клавиши, за каждой из которых может быть закреплено определенное сообщение, функциональные клавиши задания режимов работы, знаковые и цифровые клавиши для формирования и передачи в процессор информации в вид чисел фиксированной длины.
Назначение данного устройства аналогично назначению устройства на пульте ЭВМ. Экипаж имеет возможность оперативно получать из ЭВМ различного рода справочную информацию, инструкции при последовательном просмотре отчетов, анализе хода выполнения задания и т. д.
Рис.15. Структурная схема системы управления с устройствами программного отображения информации с унифицированным сопряжением
Структура систем с устройствами, отображающими информацию по запросу, приведена на рисунках 16, 17 и 18. Порядок работы
Рис.16. Структурная схема системы управления с устройствами отображения информации по запросу оператора, с. индивидуальными каналами
такой системы заключается в следующем. Каждое из Nm УОИ связано с ЭВМ линиями связи. Сигналы с требованиями выдачи информации от любого из устройств поступают в ЭВМ в устройство прерываний, автоматически реагирующее на поступающие сигналы выполнением действий. Так как программы выдачи на индикацию, как правило, не главные, то прерывание происходит с некоторой задержкой, обусловленной выполнением основных программ. Программа прерывания организуется так, что обеспечивается защита основных программ при выполнении запросов от УОИ. Требование, поступившее в момент времени, когда ЭВМ не занята выполнением рабочей программы или обслуживанием ранее поступивших требований, тотчас сразу же идет на обслуживание. Возможно несколько вариантов построения таких систем управления:
1. Всякое требование, поступившее в процессор в некоторый момент времени, либо сразу же начинает обслуживаться, либо теряется, если в момент его поступления ЭВМ была занята – системы с потерями.
2. Поступившее требование либо начинает обслуживаться, если ЭВМ свободна, либо требования накапливаются, образуя «очередь», ожидающую обслуживания, когда ЭВМ освободится. В дальнейшем вызовы обслуживаются либо в порядке поступления – первым пришел – первым обслужен – системы с очередью без приоритета, либо ЭВМ выполняет соответствующие программы выдачи на индикацию для различных устройств в порядке приоритетности устройств – системы с очередью и с приоритетом.
УОИ в диспетчерском пункте имеет первый приоритет. Подпрограмма прерывания выполняется каждый раз. Если же процессор имеет большой запас по времени для выполнения основной программы, подпрограмма прерываний выполняется один раз (для всех требований от устройств).
К системам с очередью и с приоритетом относятся системы, в которых приоритет на обслуживание требования определяется программным путем. В этом случае порядок обслуживания требования определяется рядом условий: приоритетом УОИ, характером требования и др.
К системам с очередью относятся системы с циклическим обслуживанием УОИ (рис. 17). В этом случае требования по индивидуальным каналам поступают на коммутатор и запоминаются (например, на индивидуальных регистрах и т. д.). При последовательном опросе коммутатора обслуживание требований производится в порядке очередности их обнаружения.
Рис.17. Структурная схема системы управления с устройствами отображения информации по запросу оператора, с индивидуальными каналами и циклическим опросом УОИ
Для уменьшения аппаратурных затрат канального оборудования используются унифицированные сопряжения (рис. 18), когда выделяются ШИ, ШС и шины формирования запросов (ШЗ). Все УОИ подключены к этим шинам. По шинам запроса транслируются запросы от устройства к ЭВМ с указанием шифра устройства, посылающего требование на обслуживание.
Рис.18. Структурная схема системы управления с устройствами отображения информации по запросу оператора, с унифицированным сопряжением
Системы с очередью являются наиболее типичными для бортовых систем контроля с СОИ. Для анализа характеристик рассматриваемой системы в качестве модели выбираем систему массового обслуживания (СМО). Поскольку число УОИ в системе и, следовательно, запросов ограничено, то общая длина очереди ограничена, значит рассматриваемая система является замкнутой.
Заключение
Рассмотренные средства отображения информации на электронно-лучевых трубках занимали ведущее место среди бортовых СОИ и индикаторов еще десять лет назад. Однако в современных летательных аппаратах их место надежно заняли СОИ нового поколения на жидких кристаллах. Они лучше подходят для совмещения с микропроцессорной техникой, отвечают требованиям эргономичности, компактности, а также потребляют гораздо меньше энергии.
Последнее время, предпринимаются попытки переноса индикации с приборной панели непосредственно на нашлемную систему целеуказания, что позволит оператору управлять летательным аппаратом в интерактивном режиме, а также уменьшит психофизическую загрузку экипажа.
Контрольные вопросы
Фокуси-рующие
электро-ды
Катод
Моду-лятор
Откло-няющая
система
Люминофор
Элек-тронный
пучок
Отклоняющее
напряжение
по Y
Отклоняющее
напряжение
по X
Электронно-оптическа
система
формирую-щая три луча
Откло-няющая
система
Мозаичный
люминофор
Электронные
пучки
Маска
Фокусирующий электрод
Подогре-ватель
(1-й анод)
(2-й) анод
Полюсные наконечники
2-я сетка (экранная)
Модулятор (1-я сетка)
Катод
Ускоряющий
БЗУ
РИ
Рг.К
ГЗ
ГО
ГВ
УУП
УП
ПКН1
ПКН2
КУ
ЗУ
от ЭВМ
ЗОС КОС
3
2
B
G
1
Y
X
R
0
B
G
R
1
6
5
4
2
3
7
3
2
1
B
G
5
G
B
R
R
8
6
B
G
R
4
3
2
5
6
1
ПКНх
ПКНх
Счх
Счу
Кл
Ux
Uy
ИЛИ
И1
И2
Иn
И3
Счм
Дш
Рг
Бс
Информация
ГТИ
кУУ
СИ
БПр
“Информация”
БФС
БВСиК
БГР
БС
“Печать”
“Готов”
Ux
Ux
Uy
Uм
Ux+Uг
УВОП
УГОП
ЭЛТ
УФ
b+
АП1
К1
Тг
ИЛИ
ПАК
ЦУ
АП2
b-
К2
ФМ
ЭЛТ1
ЭЛТ2
О1
О2
НИ
Вход
Канал ввода-вывода
Канал ввода-вывода
Процессор (центральное вычислительное устройство)
Оперативная память
Информационная магистраль
Информационная магистраль
УОИ
УОИ
УОИ
УОИ
УВВ
УВВ
УУ
УУ
УУ
УУ
УУ
УОИ
УОИ
УОИ
УОИ
УОИ
Выходные
параметры
Объект контроля
Средства контро-ля и измерения
Средства регулирова-ния и исполнения
ЭВМ
Блок связи
Буферные ЗУ
Буферные ЗУ
УОИ'
УОИ'
УОИ'
УОИ'
УОИ
УОИ
УОИ
Входные параметры
Управляемые
Неуправляемые
Основные
Побочные
ЭВМ
Блок связи
УОИ
УОИ
УОИ
УОИ
ШС
ШИ
Объект контроля
Средства контро-ля и измерения
Средства регулирова-ния и исполнения
ЭВМ
Блок связи
УОИ
УОИ
УОИ
УОИ
Входные параметры
Управляемые
Неуправляемые
Основные
Побочные
Выходные параметры
Блок связи
Коммутатор
УОИ
УОИ
УОИ
УОИ
ЭЦВМ
ЭВМ
Блок связи
УОИ
УОИ
УОИ
УОИ
ШС
ШИ
ШЗ