DE3505103A1 - Instrumentierungsvorrichtung und -verfahren fuer eine rechenanlage - Google Patents

Description

1Α-4846

Instrumentierungsvorrichtung und -verfahren für eine Rechenanlage

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren, die es Rechenanlagen, insbesondere sog. Personal Computern oder PC-Rechnern ermöglichen, auf wirtschaftliche und flexible Weise verschiedene Instrumentenfunktionen oder Meßgerätefunktionen auszuführen.

Bei der in letzter Zeit erfolgten breiten Verwendung von Personal Computern für private und geschäftliche Zwecke sowie für konstruktive und wissenschaftliche Anwendungen wurden Versuche unternommen und Produkte entwickelt, die möglichen Anwendungen von Personal Computern auf verschiedene andere Steuer- und Meßgerätefunktionen zu erweitern, die im typischen Fall bisher von spezialisierten Maschinen ausgeführt wurden.

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Es gibt beispielsweise einen Hersteller, der eine gedruckte Schaltungsplatte herstellt, die an einen Computer der Firma Apple angeschlossen werden kann, damit dieser als Oszilloskop arbeitet. Es gibt eine Vielzahl anderer derartiger Anwendung sformen, für die gedruckte Schaltungsplatten hergestellt werden, die direkt in leere Anschlußplattenschlitze gesteckt werden können, die bei den meisten Personal Computern vorgesehen sind.

Obwohl dieser Versuch,den Anwendungsbereich von Personal Computern zu erweitern, erfolgversprechend erscheint, gibt es eine Anzahl von Schwierigkeiten, die bisher verhindert haben, daß derartige Einsteckplatten mit gedruckten Schaltungen in größerem Umfang benutzt werden, als es der Fall ist. Es gibt beispielsweise einen großen Markt für Einsteckcomputerkarten, die es kleinen Herstellerfirmen erlauben, automatisierte ProzeßSteuerungen und/oder automatische Prüfungen mittels gedruckter Schaltungsplattensysteme durchzuführen, die in preiswerte Personal Computer eingesteckt werden können. D_ese Funktionsarten, die mittels derartiger gedruckter Schaltungsplatten ausgeführt werden sollen, empfangen gewöhnlich über Kabel sowohl digitale als auch analoge Signale, die von Einrichtungen erzeugt werden, die einen Herstellungsprozeß steuern und/oder überwachen oder Prüffunktionen ausführen. Eine weitere Funktion, die häufig durch Instrumente oder Meßgeräte ausgeführt werden muß, umfaßt die Übertragung von digitalen und analogen Signalen zu einer Einrichtung, die sich mit der Steuerung und überwachung eines Herstellungsablaufes oder mit Prüfarbeitsvorgängen befaßt.

Aufgrund der Tatsache, daß es eine große Anzahl verschiedener Hersteller von Personal Computern gegenwärtig auf dem Markt gibt, gibt es keine Standardsammelschiene, in die alle Instru-

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mentierungsplatten für eine gegebene Funktion eingesteckt werden können. Instrumentierungsplatten, die eine bestimmte Instrumentenfunktion ausführen können, müssen daher speziell für jeden Hersteller von Persoi.: Computern ausgelegt werden. Das trägt wesentlich zu den Produktentwicklungskosten, den Herstellungskosten und den Servicekosten einer gegebenen Art von Instrumentierungsplatten bei, wenn diese den Benutzern von Personal Computern von vielen verschiedenen Herstellern verfügbar gemacht werden sollen. Diese erhöhten Kosten begrenzen natürlich den Markt. Eine andere Schwierigkeit besteht in dieser Hinsicht darin, daß zur Benutzung einer Instrumentierungseinsteckkarte, die es einem Personal Computer ermöglicht, eine bestimmte Instrumentenfunktion, insbesondere eine komplexe Meßgeräte- und Instrumentenfunktion auszuführen, spezielle Software gleichfalls geschaffen werden muß. Um Instrumentenfunktionen von erweiterten Personal Computern durch Einstecken von spezialisierten Instrumentierungsplatten ausführen zu können, muß daher bisher jede Art von Instrumentenfunktion auf einer anderen gedruckten Schaltungsplatte ausgeführt werden, was wiederum für jeden der verschiedenen Hersteller von Personal Computern erfolgen muß, und muß für jede Art der Instrumentierungsplatte und für jeden benutzten Personal Computer eine andere entsprechende Software geschaffen werden.

Obwohl ein hohes Maß an Modularität für verschiedene digitale Funktionen und Bauteile aufgrund der weitverbreiteten Verwendung von Sammelschienen-orientierten digitalen Gerätekonstruktionen erreicht wurde,wurde die davon vollständig verschiedene Art der analogen Signale bisher als nicht verträglich oder geeignet für Sammelschienen-orientierte Konstruktionen zum Verarbeiten von analogen Signalen in elektronischen Instrumentierungssysten angesehen.

BAD ORIGINAL

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Es besteht unter diesen Umständen weiterhin ein Bedarf an Einsteckinstrumentierungsmoduln zum Anschluß an eine qroße Viel-

zahl verschiedener Computer-Sammelleitungskonstruktionen, wobei gleichzeitig die Kompliziertheit der Unterschiede zwischen den Sammelleitungskonstruktionen und den internen Arbeitsabläufen der verschiedenen populären Personal Computer und der diesen Unterschieden zuzuschreibende Kostenanteil so gering wie möglich gehalten werden sollen, so daß eine Wirtschaftlichkeit im großen Maßstab sowohl bei der Hardware als auch bei der Software erreicht werden kann.

Durch die Erfindung soll daher ein Instrumentierungssystem in Modulbauweise geschaffen werden, das in den Sammelleitungsstecker eines Hauptrechners eingesteckt werden kann, damit der Hauptrechner eine Vielzahl verschiedener Instrumentenfunktionen ausführen kann.

Durch die Erfindung soll insbesondere ein Instrumentierungssystem in Modulbauweise geschaffen werden, bei dem derselbe Instrumentenmodul einer Vielzahl von verschiedenen käuflich erhältlichen Hauptrechnern mit verschiedenen SammelSchienenkonstruktionen die Möglichkeit gibt, die gleiche Instrumentenfunktion auszuführen, ohne daß ein neu ausgelegtes Ausführungsbeispiel eines derartigen Instrumenienmoduls geschaffen werden muß, das diesen Modul für die jeweils verschiedenen Sammelschienenkonstruktionen anpaßt, bei denen derartige Instrumentenmodule verwandt werden sollen.

Durch die Erfindung soll weiterhin eine erweiterbare Familie von Instrumentenmodulen geschaffen werden, die lediglich in einen der vielen verschiedenen Hauptrechner eingesteckt werden müssen, um dem Hauptrechner die Fähigkeit der Ausführung einer Instrumentenfunktion zu geben.

Durch die Erfindung soll weiterhin eine Instrumentierungsvorrichtung in Modulbauweise«geschaffen werden, die an eine Vielzahl von verschiedenen Hauptrechnern angeschlosser werden kann, ohne daß wesentliche Hardware-Änderungen oder wesentliche Änderungen der Software benötigt werden, um die gewünschte Instrumentenfunktion ausführen zu können.

Die erfindungsgemässe Instrumentierungsvorrichtung in Modulbauweise soll schließlich einem Hauptrechner die Fähigkeit der Ausführung einer Instrumentenfunktion geben, während ein minimales Maß an Software vom Hauptrechner ausgeführt werden muß, um die gewünschte Instrumentenfunktion auszuführen.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einsteckinstrvmentierungsvorrichtung, die einem Hauptrechner die Möglichkeit geben kann, irgendeine Instrumentenfunktion aus einer Vielzahl verschiedener Instrumentenfunktionen auszuführen, indem er analoge und/oder digitale Signale von externen Einrichtungen empfängt und analoge und/oder digitale Signale einer externen Einrichtung zuführt, umfaßt einen Trägermodul, dein einen Sammelschienenanschluß oder -stecker des Hauptrechners einsteckbar ist und eine interne Instrumentierungssammelschiene mit einem digitalen Teil und einem segmentierten analogen Teil aufweist, und eine Vielzahl von Instrumentenmodulsteckern oder -aischlüssen, die elektrisch mit dem digitalen Teil und den segmentierten analogen Teilen der Instrumentierungssammelschiene verbunden sind, wobei der segmentierte analoge Teil der Sammelschiene Segmente einschließt, die erweitert werden können, indem lediglich ein Instrumentenmodul in einen der Instrumentenmodulstecker eingesteckt wird, so daß ein analoges Signal an einem Leiter des jeweiligen analogen Sammelschienensegmentes von dem eingesteckten Instrumentenmodul empfangen und verarbeitet sowie in modifizierter Form auf einen Leiter eines benachbarten Segmentes des analogen

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Teiles der Instrumentierungssamiaelschiene übertragen wird.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Schnittstellenschaltung am Trägermodul vorgesehen, um die entweder von der digitalen Sammelschiene des Hauptrechners oder dem digitalen Teil der Instrumentierungssammelschiene empfangenen digitalen Daten umzustellen und/oder zu reformatieren und/ oder zu synchronisieren und anschließend die umgestellten und/ oder reformatierten digitalen Daten auf die jeweils andere Sammelschiene dieser beiden Sammelschienen zu übertragen. Es wird eine Vielzahl von Instrumentenmodulen geschaffen, von denen jeder in einen der Instrumentenmodulstecker einsteckbar ist, um eine oder mehrere Instrumentenfunktionen einschließlich dem Empfang von einem oder mehreren analogen Signalen entweder von den Segmenten des segmentierten analogen Teiles der Instrumentierungssammelschiene oder von einem Kabel, das mit einem Anschluß oder Stecker des Instrumentenmoduls verbunden ist und zu einem externen Teil der Anlage führt, die durch den Hauptrechner gesteuert und/oder überwacht wird, der Ausführung einer analogen oder digitalen Operation an dem empfangenen analogen Signal und der Übertragung des sich ergebenden digitalen oder modifizierten analogen Signales zum digitalen Teil der Instrumentierungssammelschiene oder zu einem anderen analogen Segment auszuführen.

Andere Instrumentenfunktionen, die die verschiedenen Instrumentenmodulen ausführen können, schließen den Empfang einer digitalen Information entweder vom digitalen Teil der Instrumentierungssammelschiene oder von einer externen Einrichtung, die vom Hauptrechner überwacht und/oder gesteuert wird, über ein Kabel, das direkt zwischen die externe Einrichtung und den Instrumentenmodul geschaltet ist, die Ausführung einer digitalen und/oder analogen ümsetzungs- oder Umwandlungsoperation an der empfangenen digitalen Information und die Übertragung des sich

ergebenden digitalen und/oder modifizierten analogen Signals zum digitalen Teil der Instrumentierungssammelschiene oder zum analogen Teil der Instrumentierungssammelschiene jeweils ein.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält der Trägermodul ein Adressenregister und eine Komparatorschaltung, die den vorliegenden Inhalt des Adressenregisters mit einer Ausgangsadresse des Hauptrechners vergleicht. Der Trägermodul enthält auch ein Kennzeichnungs- oder Identifizierungsregister, das es erlaubt, daß der Hauptrechner gewisse Kennwerte des Trägermoduls bestimmt. Jeder Instrumentenmodul kann auch ein Identifizierungs- oder Kennzeichnungsregister enthalten, das es erlaubt, daß der Hauptrechner oder ein in einem gegebenen Ausführungsbeispiel des Trägermoduls enthaltenes Mikroprozessorsystem die Kennwerte dieses Instrumentenmoduls bestimmt.

Nachdem die Kennwerte des Trägermoduls und aller daran vorgesehenen Instrumentenmodulen durch den Hauptrechner als Folge des Auslesens aller Kennzeichnungsregister bestimmt sind, zeigt der Hauptrechner eine Liste der Kennwerte an, die durch eine Bedienungsperson wählbar sind,und veranlaßt der Hauptrechner die Bedienungsperson, eine gewünschte Kombination der Instrumentierungsmerkmale zu wählen, die vom Trägermodul und von den daran befindlichen Instrumentenmodulen zur Verfügung gestellt werden. Nach der Wahl der gewünschten Merkmale oder der Zusammenstellung der Arbeitsfolge durch die Bedienungsperson zeigt der Hauptrechner die Folge der Laufabfolgeoptionen für die gewählte Arbeitsabfolge an und veranlaßt der Hauptrechner die Bedienungsperson, eine gewünschte Laufabfolge zu wählen. Der Hauptprozessor führt dann die gewählte Laufabfolge aus.

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Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in einem perspektivischen auseinandergezogenen Diagramm den Aufbau eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Einsteckinstrumentierungsvorrichtung,

Fig. 1A eine Stirnansicht der in Fig. 1 dargestellten Instrumentierungsvorrichtung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des segmentierten Aufbaues der analogen Sammelschiene des Trägermoduls der in Fig. 1 dargestellten Instrumentierungsvorrichtung ,

Fig. 3 das Blockschaltbild der Schaltung eines Grundträgermoduls gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 4 das Blockschaltbild der Schaltung eines besonders

leistungsfähigen Trägermoduls mit einem eingebauten Mikroprozessor und Speicher mit direktem Zugriff RAM, der als Trägermodul von Fig. 1 verwandt werden kann,

Fig. 5 das Blockschaltbild eines Instrumentenmoduls mit analoger Ausgabe oder eines Funktionsgeberinstrumentenmoduls, der in den Trägermodul von Fig. 1 eingesteckt werden kann,

Fig. 6 das Blockschaltbild eines Instrumentemoduls mit analoger Eingabe oder eines Datenakquisitionsinstrumentenmoduls, der in den Trägermodul von Fig. 1 eingesteckt werden kann,

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Fig. 7 das Blockschaltbild eines Zählerzeitgeberimpulsgeneratorinstrumentenmoduls, der in den Trägermodul von Fig. 1 eingesteckt werden kann, und

Fig. 8 Flußdiagramme der Programme, die von einem Hauptrechner ausgeführt werden können, um die Arbeit der in Fig. 1 dargestellten Instrumentierungsvorrichtung auszuführen.

In den Fig. 1 und 1A ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Instrumentierungsvorrichtung dargestellt. Die Einsteckinstrument ierungsvorrichtung 1 umfaßt eine Einsteckträgerplatte 2 m_t einer Steckerleiste 6,über die die Trägerplatte 2 in den Sammelschienenstecker eines Hauptrechners oder Personal Computers eingesteckt werden kann. Die Trägerplatte 2 weist gleichfalls drei Instrumentierungssammelschienenstecker 8, 9 und 10 auf, in die Instrumentenmodule 3, 4 und 5 eingesteckt werden können. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind alle Instrumentierungssammelschienenstecker 8, 9 und 10 identisch, wobei jeder mit seinen entsprechenden Anschlüssen jeweils mit den entsprechenden Leitern einer Instrumentierungssammelschiene 7 verbunden ist.

Jeder Instrumentenmodul 3, 4 und 5 weist am hinteren Rand seiner Unterfläche einen Mehrstiftstecker 11 auf, mit dem der Instrumentenmodul direkt in einen der Instrumentierungssammelschienenstecker 8, 9 oder 10 eingesteckt werden kann, die als Steckerbuchse ausgebildet sind.

Im typischen Fall weist jeder Instrumentenmodul 3, 4 und 5 einen oder mehrere Kabelstecker 12 auf, über die ein externes Flachkabel oder ein ähnliches Kabel mit einem Gerät verbunden werden kann, das vom Hauptrechner und/oder der Instru-

iTientierungsvorrichtung 1 gesteuert oder überwacht wird.

Wie es am besten in Fig. 1A dargestellt ist, sind die Instruir.entenmodule , wie beispielsweise der Modul 5/ fest im Abstand über der Trägermodulplatte 2 über die Instrumentierungssammelschienenstecker, wie beispielsweise den Stecker 11, gehalten. Wenn es, zur konstruktiven Festigkeit erforderlich ist, kann das linke Ende der Instrumentenplatte 5 weiterhin mittels eines nicht dargestellten Abstandsstückes gehalten sein. Die Höhe des Instrumentierungssammelschienensteckers 11 und irgendeines Abstandsstückes ist derart gewählt, daß die elektronischen Bauteile 14, die auf der Trägerplatte 2 sitzen, einen angemessenen Freirauitt vom Bc^en des Instrumentenmoduls 5 haben, wcb.i letzterer gleichfalls mit verschiedenen elektronischen Bauteilen 13 beladen ist.

Der Aufbau der Instrumentierungssaramelschiene 7 ist besser in Fig. 2 dargestellt. In Fig. 2 sind die einzelnen Leiter 15 an der Steckerleiste 6 dargestellt, die den Kontakt zu den einzelnen Leitern der digitalen Sammelschiene des Hauptrechners herstellen, der im typischen Fall ein IBM Personal Computer sein kann. Die Hauptrechnersammeischiene 15 enthält Adressensammelschienenleiter, Datensammelschienenleiter, Energieversorgungsleiter und eine Vielzahl von Steuerleitern.

Die Instrumentierungssammelschiene 7 enthält einen digitalen Sammelschienenteil 7A und eine Vielzahl von analogen Sammelschienensegmenten 16, 17, 18 und 19 in Fig. 2. Im typischen Fall kann der digitale Sammelschienenteil 7A der Instrumentierungssammelschiene 7 16 Datensammelschienenleiter enthalten, die genau den 16 Datensammelschienenleitern entsprechen, die in der Hauptrechnersammelschiene enthalten sind. Der digitale Sammelschienenteil 7A der Instrumentierungssammelschiene 7 kar.n auch eine Vielzahl von Adressensammel-

Schienenleitern und weiterhin verschiedene Versorgungsleiter und Steuerleiter enthalten. Die folgende Tabelle 1 zeigt die verschiedenen Leiter der Instrumentierungssammelschiem 7 bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei jedoch andere Ausbildungen des digitalen Teiles 7A der Instrumentierungssammelschiene 7 möglich sind.

Tabelle 1
(Kit * ist das logische. Komplement einer Variablen bezeichr. >t)

Typ Name Kommentar

B DO-D15 Datenleitungen, die am Instrumenten-(Zweirichtungsmodul gepuffert werden müssen, leiter)

I ME* Modulfreigäbe,verbunden mit den Frei-

(Eingabe) gabeleitungen mit negativer Lor Ik am

Datenpuffer, Speicher oder den anderen integrierten Schaltungen des Instrumentenmoduls, die ein Freigabesignal benötigen.

0 MPR* Modul vorhanden ,verbunden mit der (Ausgabe) digitalen Masse am Instrumentenmodul.

1 IOS* Eingabe/Ausgabe Bank wählen, verbunden

mit der Chipwählleitung mit negativer Logik an allen Instrumenten-Eingabe/ -Ausgabeeinrichtungen.

I MSO* Speicherbank #0 wählen, verbunden mit

der Chipwählleitung mit negativer Logik an einer primären Speicherbank.

I MSI* Speicherbank #1 wählen, verbunden mit

der Chipwählleitung mit negativer Logik an einer sekundären Speicherbank.

I A0-A15 Adressenleitungen. Benötigen kein Puffern an den Instrumentenmodulen.

I RD* Lesen

-η

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I I O O I

WRT* RST* CLK

DMAR DMAA*

DMAT IRQO*

IRQ1*

SYKCIN

SYNCOUT 10a, IOb

na, nb

0Oa, 0Ob 01a, 01b + 5V

DGND + 15V -15V AGND

RSVD Schreiben
Rücksetzen

Takt, nicht gedehnter System E Takt.

Anforderung des direkten Speicherzugriffes.

Bestätigung des direkten Speicherzugriffes.

Ende des direkten Speicherzugriffes.

Unterbrechungsanforderung 0, ODER-verdrahtet.

Unterbrechungsanforderung 1, ODER-verdrahtet-

Synchroneingangssignal, das zum Synchronisieren des Instrumentenbetriebes verwandt wird.

Synchronausgangssignal, das zum Synchronisieren des Instrumentenbetriebes verwandt wird.

Analoges Eingabepaar 0.

Analoges Eingabepaar 1.

Analoges Ausgabepaar 0.

Analoges Ausgabepaar 1.

fünf Volt, digitale Leistung (zwei Leitungen).

Digitale Masse (zwei Leitungen). Plus fünfzehn Volt, analoge Leistung. Minus fünfzehn Volt, analoge Leistung.

Analoge Masse, nicht mit DGND am Instrumentenmodul verbunden.

Reserve.

In Fig. 2 enthält jedes analoge Sammelschienensegment 16, 17 usw. vier analoge Leiter, wie beispielsweise die Leiter 16A, 16B, 17A usw.

An dieser Stelle ist es wichtig darauf hinzuweisen, dass jeder Instrumentenmodul 3, 4, 5 usw. wenigstens einen analogen Anschluß und die meisten Instrumentenmodule zwei analoge Anschlüsse einschließlich eines analogen Eingabeanschlusses und eines analogen Ausgabeanschlusses aufweisen. In Fig. 2 sind die analogen Ausgabeanschlüsse 20, 24, 26, 28 und 30 der Instrumentenmodule 3, 4, 5, 21 und 22 dargestellt. In ähnlicher Weise sind die analogen Eingabeanschlüsse 23, 25, 27 und 29 der Instrumentenmodule 4, 5, 21 und 22 jeweils dargestellt. In Fig. 2 sind die analogen Eingabeanschlüsse und die analogen Ausgabeanschlüsse leitende Vaterstifte, die aus den Instrumentierungssammelschienensteckern, wie beispielsweise dem Stecker 11 in Fig. 1 in die jeweiligen Aufnahmebuchsen der Instrumentierungssammelschienenstecker 8, 9 und 10 vorstehen.

Es ist somit ersichtlich, daß jeder analoge Sammelschienenleiter, beispielsweise der Leiter 16A, 17A, 18A usw. mit einem jeweiligen analogen Anschluß, d.h. entweder mit einem analogen Ausgabe- oder einem analogen Eingabeanschluß von wenigstens zwei verschiedenen Instrumentenmodulen verbunden ist.

Es versteht sich, daß der Instrumentenmodul 3 vier analoge Ausgabeanschlüsse 20 aufweist, von denen jeder mit jeweils einem der einzelnen Leiter des analogen Sammelschienensegmentes 16 verbunden ist, und daß in ähnlicher Weise der Instrumentenmodul 4 vier analoge Eingabeanschlüsse 23 aufweist, von denen jeder mit einem jeweils anderen Leiter, beispielsweise dem Leiter 16A des analogen Sammelschienensegmentes 16 verbunden ist. Der Einfachheit halber sind nicht alle analogen Anschlüsse aller Instrumentenmodule dargestellt.

Jeder Instrumentenmodul 3, 4, 5 usw. kann eine andere analoge Funktion an den Signalen ausführen, die über die verschiedenen analogen Sammelschienensegmentleiter kommen, und anschliessend

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dieses analoge Signal an einem seiner analogen Ausgabeanschlüsse ausgeben und dem entsprechenden analogen Sammelschienenleiter des nächsten Segmentes zuführen. Es kenn somit davon gesprochen werden, daß jedes analoge Sammelschienensegment 16, 17 usw. zum nächsten analogen Sammelschienensegment verlängerbar oder erweiterbar ist. In den meisten Fällen werden die analogen Eignale durch einen Instrumentenmodul zu den benachbarten analogen Sammelschienensegmenten dadurch durchgeschaltet, daß ein Instrumentenmodul eingesteckt wird, der mit beiden Sammelschienensegmenten verbunden ist. In manchen Fällen kann jedoch eine derartige interne Kopplung nicht vorhanden sein, wobei dann ein analoges Sammelschienensegment oder wenigstens einer seiner Leiter elektrisch vom benachbarten analogen SamirielSchienensegment selbst dann isoliert sein kann, wenn ein Instrumentenmodul eingesteckt ist, der körperlich mit beiden verbunden ist. In einigen Fällen kann ein Kurzschluß zwischen einem gegebenen analogen Eingabeanschluß, beispielsweise dem Anschluß 23, und einem analogen Ausgabeanschluß, beispielsweise dem Anschluß 24 desselben Instrumentenmoduls bestehen.

In Fig. 2 sind externe Kabel 30, 31 und 32 dargestellt, die mit KabelSteckern, wie beispielsweise dem Kabelstecker 12 des Instrumentenmoduls 3 in Fig. 1 verbunden werden können, um sowohl eine analoge als auch eine digitale Information zu einer externen Einrichtung und/oder von einer externen Einrichtung zu leiten, die durch einen gegebenen Instrumentenmodul gesteuert und/oder überwacht wird.

Bezüglich Fig. 3 versteht es sich, daß der Trägermodul 2 verschiedene Schaltungsarten trägt, die die Leiter 15 (Fig. 2 der Sammelschiene des Hauptrechners)mit der Instrumentierungssammelschiene 7 verbinden. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Grundträgerplattenschaltung 2A vorgesehen,

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die in Fig. 3 dargestellt ist und die die verschiedenen Grundpuffer-, Zeitgeber- und Taktgeberfunktionen ausführt, die notwendig sind, um die digitale Information auf der Sammelschiene 1 5 des Hauptrechners zum digitalen Teil 7A {Fig. 2) der Instrumentierungssammelschiene zu übertragen. Die Trägerkartenoder Trägerplattenschaltung 2A führt auch die Funktionen der Übersetzung oder Umsetzung der Energieversorgungsspannungen aus, wenn das für die Arbeit der Schaltungen an den verschiedenen InStrumentenmodulen erforderlich ist. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung 2B in Fig. 4 ist die Trägermodulschaltung insofern leistungsfähig ausgelegt, als sie ein Mikroprozessorsystem und einen Speicher enthält, der Programme ausführt, so daß die Software stark verringert ist, mit der der Hauptrechner belastet ist. Die Grundträgermodulschaltung wird zunächst anhand von Fig. 3 beschrieben.

Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, enthält die Grundträgerkartenschaltung 2A sieben Datenleiter 36, nämlich die Leiter D0-D7, die mit einer Zweirichtungsdatenpufferschaltung 37 verbunden sind, die mittels einer integrierten Schaltung 74LS245 ausgeführt sein kann. Die sich ergebenden gepufferten Datenausgangssignale BD0-BD7 werden an acht Leitern 38 erzeugt, die mit den entsprechenden Anschlüssen der Instrumentierungssammelschiene 7 verbunden sind.

Wenn es erwünscht ist, sind die Sammelschienenleiter 38 für die gepufferten Daten mit den Datenanschlüssen von vielseitigen Schnittstellen-Anpassungsschaltungen 39 verbunden, die die Sammelschiene 38 für die gepufferten Daten mit einem externen Leiterkabel 35 verbinden.

Die Sammelschienenleiter 38 für die gepufferten Daten sind auch mit den Datenanschlüssen eines Identifizierungs- oder Kennzeichnungsregisters 62 verbunden, das mittels eines Registers in integrierter Schaltung 74LS244 und geeigneter

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Schaltdrähte ausgebildet sein kann, die die Eingänge der Schaltung 74LS244 an geeignete Null- oder Eins-Pegel legen, um den Typ der Schaltung zu identifizieren oder zu kennzeichnen, den die Trägerplattenschaltung 2A für den Hauptrechner darstellt, in den die Trägerplatte eingesteckt ist.

Der Richtungseingang oder der Eingang DIR der Zwei-Richtungspufferschaltung 37 ist mit dem Leiter RD* der Instrument:, erungssaminelschiene 7 verbunden. (Die Sterne geben logisch komplementierte Logiksignale wieder). Der Freigabeeingang des Zwei-Richtungspuffers 37 ist mit dem Eingang einer monostabilen Multivibratorschaj-tung oder einer Univibratorschaltung 40 und mit dem Leiter 49 verbunden. Der Zweck des Univibrators 40 besteht im wesentlichen darin, die Arbeit des Hauptrechners erforderlichenfalls auszusetzen, damit eine langsamere Schaltung in der Instrumentierungsvorrichtung 1 das I/O CH RDY, d.h. das Signal daß der Eingabe/Ausgabekanal bereit ISt₇ oder das Wartesignal einholen kann.

Eine Vielzahl von Steuereingängen der digitalen Sammelschiene des Hauptrechners einschließlich der Leiter 41 in Figur 3,die das SpeicherSchreibsignal MEMR*MEMW*, RST* und CLK führen, sind mit den Eingängen einer Pufferschaltung 43 verbunden, die mittels einer integrierten Schaltung 74LS244 ausgeführt sein kann. (Die Sterne geben die logisch komplementierten Logiksignale wieder).

Adressenleiter A16 - A19 der Sammelschiene 15 des Hauptrechners sind mit 42A bezeichnet und gleichfalls mit den Eingängen der Pufferschaltung 43 verbunden. In ähnlicher Weise sind die Adresseneingänge AO - A15 der Sammelschiene 15 des Hauptrechners mit 42B bezeichnet und mit den Eingängen der Pufferschaltung 50 verbunden, während die Adresseneingänge AO bis A7 der Sammelschiene 1 5 des Hauptrechners, die mit 42C bezeichnet sind, mit den Eingängen der Pufferschaltung 54 verbunden sind. Die Taktein-

gänge der Pufferschaltungen 43, 50 und 54 sind mit dem Leiter verbunden, der mit dem Adressenfreigabeleiter AEN* der Sammelschiene 15 des Hauptrechners verbunden ist.

Die Ausgangssignale des Puffers 43 schließen vier Puffersteuersignale 44 un .. vier gepufferte Adressensignale 45 ein. Die Signale 44 liegen direkt an den entsprechenden Leitern der Instrumentierungssammelschiene 7. Die Leiter für die gepufferten Adressen 45, nämlich die Leiter A16 bis A19 sind mit den jeweiligen Eingängen einer Komparatorschaltung 46 verbunden. Die Ausgangsleiter A10 bis A15 für die gepufferten Adressen, nämlich die Leiter 52, sind gleichfalls mit den jeweiligen Eingängen der Komparatorschaltung 46 verbunden. Die neun gepufferten Adresseneingangssignale, die an den Eingängen der Komparatorschaltung 46 liegen, werden mit den Einstellungen von neun entsprechenden Schaltern 53 verglichen, die die Adresse der Trägerplattenschaltung 2A festlegen. Wenn die passende Adresse vom Bauptrechner über die Sammelschiene 15 des Hauptrechners geliefert wird, liegt ein Ausgangssignal am Leiter 47 am Eingang einer logischen Freigabeschaltung 48, dessen Ausgangssignal am Leiter 49 erzeugt wird. Die von der Pufferschaltung 43 erzeugten Eingangssignale RD* und WRT* liegen auch an der logischen Freigabeschaltung 48. Die Signale RW* und WRT* liegen an der logischen Freigabeschaltung, um falsche Lese- oder Schreiboperationen während Zustandsübergangszeiten zu vermeiden. Die Ausgänge A8 und A9 des Puffers 50 sind mit den Dekodiereingängen einer Dekodierschaltung 60 verbunden.

Die Komparatorschaltung 46 kann ohne Schwierigkeiten mit Hilfe von zehn exklusiv ODER-Schaltungen ausgeführt werden, deren Ausgangssignale der logischen ODER-Funktion unterworfen werden, um das Wählsignal am Leiter 47 zu erzeugen, das die logische Dekodierschaltung 60 und die logische Freigabeschaltung 48 freigibt. Die logische Freigabeschaltung 48 kann mittels einer integrierten Schaltung 74LS13a ausgeführt sein. Die Dekodierschaltung kann mittels integrierter Schaltungen 74ALS520 und 74LS85 ausgeführt sein. Sie führt die Funktion der Erzeugung von vier de-

kodierten Ausgangssignalen 61 aus, von denen drei an den Freigabeleitern für die Moauleingabe- und ausgabe der Instrumentierungssammelschiene 7 liegen. Diese Leiter wählen die verschiedenen Funktionen beispielsweise die Speicherung oder die Eingabe/Ausgabe der Instrumentenmodule . Das andere Ausgangssignal der dekodierten Schaltung 60 liegt am Freigabeeingang der Dekodierschaltung 64.

Zwei der gepufferten Adressenausgangssignale, die an den Leitern 57 von der Pufferschaltung 54 erzeugt werden, liegen an den Dekodiereingängen der Dekodierschaltung 64. Die anderen sechs Ausgangssignale der Pufferschaltung 54 liegen zusaminer. ir.it den gepufferten Adressenausgangssignalen A10 bis A15 und A6 bis A9 an der Sammelschiene 62 für die gepufferten Adressensignale, die mit den entsprechenden Adressenleitern AO bis A15 der Instrumentierungssammelschiene 7 verbunden ist. Die Puffer 50 und 64 können Schaltungen vom Typ 74LS244 sein.

Während des Betriebes dienen die Puffer 50 und 54 dazu, die Adressenleitungen des Hauptrechners gegenüber der Instrumentierungssammelschiene zu isolieren. Die Dekodierer 60 und 64 bestimmen weiterhin die spezielle Instrumentierung, um die Datensammelschiene 15 des Hauptrechners von den Datensammelschienenleitern DO bis D7 der Instrumentierungssammelschiene zu isolieren. Der Univibrator 40 dient dazu, kurzzeitig den Betrieb des Hauptrechners auszusetzen, um das Wartesteuersignal zu dehnen und dadurch die Arbeit der Sammelschiene 15 des Hauptrechners mit der Arbeit der Instrumentierungssammelschiene 7 zu synchronisieren. Der Grund dafür, daß das notwendig ist, liegt darin, daß einige der an die Instrumentierungssammelschiene angeschlossenen Elemente mehr Zeit für ihre Arbeit als die Sammelschiene des Hauptrechners benötigen und somit die Arbeit der Sammelschiene des Hauptrechners ausgesetzt werden muß, bis die langsameren Bauelemente ihren Arbeitsvorgang beenden können.

Der Puffer 43 isoliert die verschiedenen Steuersignale einschließlich der Lese*-, Schreib*-) Rücksetz*-und CLK-Signale von der Sammelschiene des Hauptrechners gegenüber der Instrumentierungssammelschiene. Der Komparator 46 ist über eine Leitung 47 mit der logischen Freigabeschaltung 48 verbunden und dient dazu, die Richtung des Datensammelschienenpuffers 37 zu steuern. Schnittstellenadapter 39 sind digitale Eingabe- und Ausgabeteile, die Zubehör schaltung en für den Trägenrioäul 2A darstellen. Sie sind für seinen Betrieb nicht erforderlich und dazu vorgesehen, weitere zusätzliche Möglichkeiten dem Benutzer zu geben. Das Kennzeichnungsregister 62 liefert die Kennzeichnung der verschiedenen Kennwerte dieses Trägermoduls, so daß der Hauptrechner bestimmen kann, welcher Trägermocul angeschlossen oder eingesteckt ist und ob ein Instrumentenmodul an die Instrumentierungssammelschiene 7 angeschlossen oder in diese eingesteckt ist.

Bevor die in Figur 4 dargestellte Trägerschaltung 2B beschrieben wird, die ein Mikroprozessorsystem enthält, werden einige Ausführungsbeispiele der in Figur 1 und 2 dargestellten Instrumentenmodule im einzelnen beschrieben.

In Figur 5 ist ein Instrumentenmodul 65 dargestellt, der als Analogausgabe- oder Funktionsgebermodul bezeichnet werden kann. Die Analogausgabe-Instrumentenmodulschaltung 65 enthält eine Zwei-Richtungspufferschaltung 66, die eine integrierte Schaltung 74LS245 sein kann und mit einer Gruppe ihrer Eingangs-Ausgangsanschlüsse jeweils mit den Leitern DO bis D7 der Instrumentierungssammelschiene 7 und gleichfalls mit den Leitern RD* (Lesen) und ME* (Modulfreigäbe) der Instrumentierungssammelschiene 7 verbunden ist. Drei der Adressensignale AO bis A15, nämlich die Signale AO bis A2 der Instrumentierungssammelschiene 7 liegen an den Dekodiereingängen einer Dekodierschaltung 77, die eine Schaltung 74LS138 aus acht integrierten Schaltungsdekodierern sein kann. Vier der sich ergebenden dekodierten Ausgangssignale 78 liegen am Eingang LDAC* (Lade DAC), am Eingang NA*, am Eingang NB* und am Eingang NC* (Nippel A, B, C) des Digital-

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Analogwandlers 72, der eine zwölf-Bit-Digital-Analog-Wandlerschaltung DAC811 von Burr-Brown sein kann. Die anderen vier Ausgangssignale der Dekodierschaltung 77 liegen an den entsprechenden Eingängen LDAC*, KA*, NB* und NC* eines DigitaliLnalog-Wandlers 79, der auch eine Schaltung DAC811 von Burr-Brown sein kann. Die Funktionen der obigen Eingangssignale ergeben sich ohne weiteres aus dem Spezifikationsblatt der Schaltung DAC811 von Burr-Brown.

Die Eingänge WR* der Digital-Analog-Wandler 72 und 79 liegen am Leiter WRT* der Instrumentierungssammelschiene 7. Der Ausgang des Digital-Analog-Wandlers 72 ist über einen Leiter 73 mit einer geeigneten Puffer- ocer Treiberschaltung 74 gekoppelt, deren Ausgang mit einem analogen Ausgangsleiter 75 verbunden ist. Verschiene Spanr.ungs- oder Stromtreiberschaltungen, die den jeweiligen Erfordernissen genügen,können dazu vorgesehen sein, die Treiber- oder Pufferschaltung 74 auszubilden. In ähnlicher Weise ist der Ausgang des Digital-Analog-Wandlers 79 über einen Leiter 81 mit einer anderen geeigneten Ausgangspuffer- oder treiberschaltung 82 gekoppelt. Die Pufferschaltung 82 erzeugt eine analoge Ausgangsspannung V_OÜT2 am Leiter 83. Beide Leiter 75 und 83 sind mit zwei analogen Sammelschienensegmentieitern, beispielsweise den Leitern 16A und 16B in Fig.2 verbunden .

Der Analogausgabemodul 65 von Fig.5 kann in einen Computergesteuerten Funktionsgeber dadurch umgewandelt werden, daß eine geeignete Liste der gewünschten analogen Ausgangsspannungswerte von V_QÜT1 und V_0ÜT2 gespeichert wird, die erwünscht sind, um bestimmte gewünschte sich zeitlich ändernde analoge Ausgangsspannungen oder Paare von analogen Ausgangsspannungen zu erzeugen. Ein Festspeicher 80 kann durch irgendeinen geeigneten auf dem Markt erhältlichen Festspeicher ausgeführt sein. An seinen Adresseneingängen liegen die gewünschten Adressensignale AO bis A8 an der Instrumentierungssammelschiene 7 und die Datenanschlüsse des Festspeichers 80 sind mit den Zwei-Richtungsdaten-

leitern 70 verbunden, die über den Sweirichtungspuffer 66 Ausgangssignale auf die Sweirichtungsdatenleiter 38 der Instrumentierungssammelschiene 7 ausgeben können.

Der Hauptrechner kann dann zu Zeitpunkten, die durch des gespeicherte Programm bestimmt sind, das vom Hauptrechner ausgeführt wird, digitale Äquivalente der gewünschten analogen Werte dadurch bestimmen, daß er in geeigneter Weise den Festspeicher über die Adressensignale AO bis Al 5 adressiert, die digitalen Äquivalente des analogen Eignais zu jedem Zeitpunkt über die Datensammelschienenleiter 70 abruft und diese digitalen Werte zu einem oder beiden Digital-Analog-Wandlern 72 und/oder 79 ausgibt, um dadurch die geeignete Funktion der sich zeitlich ändernden analogen Ausgabe oder die entsprechenden Funktionen am Leiter und/oder 83 zu bewirken.

Im folgenden wird anhand von Figur 6 ein Analogeingabe- oder Datenakquisitionsinstrumentenmodul 84 als weiteres mögliches Ausführungsbeispiel eines Instrumentenmoduls beschrieben, der in den Trägermodul 2A von Fig.3 eingesteckt oder an diesen angeschlossen werden kann. In Fig.6 sind kollektiv acht Analogeingabeleiter oder -tenale 85 dargestellt, die analoge Signale CHO bis CH7 führen. In ähnlicher Weise iind acht zusätzliche Analogkanalsignale CH8 bis CH15 am Analogkanal 85 dargestellt. Der Analogkanal 85 liegt mit seinen jeweiligen Leitern an den entsprechenden Eingängen eines Multiplexers 88, der eine integrierte Schaltung vom Typ MPC8S von Burr-Brown Corp. sein kann. In ähnlicher Weise liegen die Analogkanalsignale CH.8 bis CH15 an den entsprechenden Eingängen eines Multiplexers 94, der gleichfalls eine integrierte Schaltung vom Typ MPC8S sein kann. Wie es durch die Leitung 85A dargestellt ist, werden zwei der analogen Signale 85 auch zur Instrumentierungssammelschiene 7 geleitet, um die Verlängerung von zwei Leitern eines gegebenen analogen Sammelschienensegmentes, das der Buchse entspricht, in die der Datenakquisitionsinstrumentenmodul 84 eingesteckt ist, zu erleichtern, wie es im vorhergehenden erläutert wurde.

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In Figur 6 ist ein Analogmasseleiter AGKD 87 dargestellt, der rr.it einem geeigneten Masseleiter der Multiplexer 88 und 94 verbunden ist. Der jeweilig--·: Kanal aus den acht Kanälen jedes Multiplexers „3 und 94 wire "urch die Kombination der digitalen Pegel an drei WäLlieitern 89 gewählt, die durch eine Pufferschaltung 97 erzeugt werden. Der jeweilige eine oder die jeweiligen beiden Multiplexer 88 und 94, die gewählt werden, werden durch Signale gesteuert, die von der Pufferschaltung 97 an den Leitern 89 und 98 erzeugt werden, die eine integrierte Schaltung von Typ 74LS373 sein kann. Der Zustand der Bits des Puffers 97 ist durch die acht Signale gegeben, die am Leiter 102 von den Datensamrrielschienen-Bits DO bis D7 der Instrumentierungssamraelschiene 38 erzeugt werden.

Das Ausgangssignal des Multiplexers 88 liegt über den Leiter am positiven Eingang eines Verstärkers 91 mit programmierbarer Verstärkung, der ein Verstärker vom Typ 200/201 AG von Burr-Brown Corp. sein kann. Am negativen Eingang des Verstärkers mit programmierbarer Verstärkung liegt über einen Schalter 91A entweder der analoge Massespannungspegel am Leiter 87 oder das Ausgangssignal des Multiplexers 94, das am Leiter 95 erzeugt wird. Der Verstärker 91 mit programmierbarer Verstärkung kann somit analoge Signale an den Leitern CHO bis CH7, die dem Multiplexer 88 eingegeben werden, empfangen und unter Bezug auf Masse, d.h. eintakt- oder differentiell, d.h. im Bezug auf eines der Signale CH8 bis CH15 am Leiter 86 verstärken, das dem Multiplexer 94 eingegeben wird, und zwar in Abhängigkeit von der Stellung des Schalters 91A.

Die Leiter 93 sind mit den Eingängen AO und A1 des Verstärkers 91 mit programmierbarer Verstärkung und gleichfalls mit dem Ausgang des Puffers 97 verbunden, um die Funktion der Wahl der Verstärkung auszuführen.

Der Leiter 92, der mit dem Leiter WRT* der Instrumentierungssammelschiene 7 verbunden ist, liegt am Eingang WR* des Verstärkers 91 mit programmierbarer Verstärkung, um die Funktion der

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Verriegelung der gewählten Verstärkung in die interne Schaltung des Verstärkers 91 mit programmierbarer Verstärkung auszuführe -..

Das Ausgangssignal des Verstärkers 91 mit programmierbarer Verstärkung wird am Leiter 96 erzeugt und einer Tastsp.icherschaltung 100 eingegeben, die eine integrierte Schaltung vom Typ LP398A von National Semiconductor sein kann. Di·-se Schaltung kann kurzgeschlossen werden, wenn die Tastspeicheroperation nicht benötigt wird. Der Ausgang der Tastspeicherschaltung 100 ist mit dem analogen Eingang eines Analog-Digital-Wandlers 101 verbunden, der ein Zwclf-Bit-Analog-Digital-Wandlers vom Typ AD574 ve: Anaioc Device Inc. sein kajin. Seine zwölf digitalen Ausgänge werden auf die a..nt Leiter 102 multiplext. Die Ausgänge des Analog-Digital-Wandlers ',01 sind mit den vier Eingängen höherer Ordnung des Puffers 103 verbunden, der ein Zwei-Richtungspuffer in integrierter Schaltung vom Typ 74LS245 ρ-in kann.

Acht Leiter der Sammelleitung 102 für die gepufferten Daten lic gen an den Eingängen des Puffers 97. Der Fre.gabeeingang des Puffers 97 ist üüer einen Leiter 109 mit einem Ausgang eines Dekodierers 106 verbunden, der eine integrierte Schaltung vom Typ 74LS138 sein kann. Die acht Leiter der Sammelleitung 102 für die gepufferten Daten sind auch mit einem Identifizierungsoder Kennzeichnungsregister 104 verbunden, das eine Verriegelungsschaltung vom Typ 74LS244 sein kann, deren Eingänge so geschaltet sind, daß sie die gewünschte Kennzeichnungskodierung liefern, die die Kennwerte des Analogeingabeinstrumentenmoduls 84 identifiziert.

Der Richtungseingang DIR des Zwei-Richtunrspuffers 103 ist mit dem Leiter RD* (Lese) der Instrumentierungssammelschiene 7 verbunden. Der Freigabeeingang des Zwei-Richtungspuffers 103 ist mit dem Leiter ME* (Modulfreigabe) der Instrumentierungssammelschiene 7 verbunden.

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Die zwölf Ausgangs-Bits des Analog-Digital-Wandlers 101 werden auf acht Leiter der Sammelleitung 102 für die gepufferten Daten multiplext, wobei zunächst die vier Bits niedrigerer Ordnung auf den oberen Abschnitt oder vier Eits der Sammelleitung für die gepufferten Daten multiplext werden und die beiden oberen Teile des Ausgangssignals des Analog-Digital-Wandlers 101 anschließend auf alle acht Leiter der Sammelleitung 102 für die gepufferten Daten multiplext werden.

Durch eine geeignete Programmierung der Verstärkung des Verstärkers 91 mit programmierbarer Verstärkung, des Analog-Digital-Wandlers 101 und der anderen Elemente der Schaltung 84 mittels des Hauptrechners oder eines geschickt programmierten Träger moduls wie beispielsweise des Moduls 2B in Figur 4 kann erreicht werden, daß der Analogeingabe- oder Datenakquisitionsmodul 84 vc~ Figur 6 als Voltmeter oder Wellenformaufzeichnungsgerät arbeitet.

Das notwendige Programm, das vom Hauptrechner oder von der Trägermodulschaltung auszuführen ist, kann im Festspeicher 105 gespeichert sein und über die Adressensammelschienenleiter AO bis A15 der Instrumentierungssammelschiene 7 adressiert und vom Hauptrechner oder die Trägermodulschaltung (Fig.4) über die Sammelleitung 102 für die gepufferten Daten, den Puffer 103 und die Leiter DO bis D7 der Instrumentierungssammelschiene 7 gelesen werden.

In Figur 7 ist ein weiterer Instrumentenmodul 110 dargestellt, der als Zählerzeitgeber-Impulsgeber-Instrumentenmodul bezeichnet werden kann. Der Zählerzeitgeber-Impulsgeber-Instrumentenmodul 110 enthält eine Zwei-Richtungspufferschaltung 111, die eine integrierte Schaltung vom Typ 74LS245 sein kann, deren eine Gruppe von Datenanschlüssen mit acht Leitern 38 der Datenleiter DO bis D7 der Instrumentierungssammelschiene 7 gekoppelt ist. Der Puffer 111 liegt mit seiner anderen Gruppe von Datenanschlüssen an acht entsprechenden Anschlüssen 112 für gepufferte Daten. Ein

Identifizierungs- oder Kennzeichnur.gsregister 113, das eine Schaltung vom Typ 74LS244 mit in geeigneter Weise geschalteten Eingängen sein kann, um eine Identifizierungskodierung zu erzeugen, die vom Hauptrechner gelesen werden kann, ist mit den Leitern 112 für die gepufferten Daten verbunden. Die Leiter für die gepufferten Daten sind auch mit acht entsprechenden Eingängen einer programmierbaren Zeitgeber-Zählerschaltung 122 verbunden, die eine integrierte Schaltung vom Typ 8254 von Intel Inc. sein kann. Die acht Leiter 112 für die gepufferten Daten sind auch mit acht Dateneingängen einer anderen identischen programmierbaren integrierten Zähler-Zeitgeberschaltung 123 verbunden, die auch mittels der integrierten Schaltung 8254 von Intel ausgeführt sein kann.

Bevor die Arbeitsweise der programmierbaren Zeitgeber-Zähler und 123 beschrieben wird, ist es zweckmäßig , zunächst den Aufbau der Dekodierschaltung 115 darzustellen, die mittels einer integrierten Schaltung vom Typ 74LS138 ausgeführt werden kann. Sie weist drei Dekodiereingänge auf, die mit den Adressenleitern AO bis A3 der Instrumentierungssammelschiene 7 verbunden sind, die gemeinsam mit 42 bezeichnet sind. Die Adressenleiter A3 und A4, die mit 42D bezeichnet sind, liegen an den Funktionswähleingängen von beiden programmierbaren Zeitgeber-Zählern 122 und 123. Ein Eingabe/Ausgabe-Wählleiter IOS* der Instrumentierungssammelschiene 7, der die Funktion der Wahl der Dekodierschaltung 115 erfüllt, ist mit dem Freigabeeingang der Dekodierschaltung 115 verbunden.

Einer der Dekodierausgänge der Dekodierschaltung 115 ist über einen Leiter 116 mit dem Freigabeeingang des Identifizierungsregisters 113 verbunden. Der andere Ausgang der Dekodierschaltung 115 ist über einen Leiter 130 mit dem Eingang CS1* des programmierbaren Zeitgeber-Zählers 122 verbunden. Der andere Ausgang der Dekodierschaltung 115 ist über einen Leiter 131 mit dem Eingang CS2* des programmierbaren Zeitgeber-Zählers 123 verbunden.

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Die Leiter RD* und WRT* der Instrumentierungssammelschiene 7 sind mit entsprechenden Lese- und Schreibeingängen der beiden programmierbaren Zeitgeber-Zähler 122 und 123 verbunden. Eine freischwingende Oszillatorschaltung 124, die ohne Schwierigkeiten ausführbar ist, legt ihr Ausgangssignal vorzugsweise mit acht Megahertz am Leiter 125, an dem das CLKOUT-Signal erzeugt wird, über ein geeignetes Kabel oder eine ähnliche Leitung an eine Einrichtung, mit der der Zähler-Zeitgeber-Instrumentenmodul 110 gekoppelt ist.

Die Schaltung vom Typ 8254 ist eine programmierbare integrierte Intervall seitgeber-Zähierschaltung für Mikrocomputersysterne von Intel oder andere Mikrocomputersysteme. Es ist ein Kehrzweckmultizeitgeberelement, das als eine Gruppe von Eingängen und Ausgängen durch die Systemsoftware behandelt werden kann. Die Schaltung 8254 löst eines der üblichsten Probleme in jedem Mikrocomputersystem, nämlich die Erzeugung von geeigneten Zeitverzögerungen unter der Softwaresteuerung statt Zeitschleifen in die Software einzubauen. Der Programmierer formt oder programmiert die Schaltung 8254 so, daß sie seinen Bedürfnissen entspricht,und programmiert einen der Zähler für die gewünschte Verzögerung. Die zusätzliche Software ist minimal. Verzögerungen mit variabler Länge können leicht programmiert werden. Einige der anderen Zeitgeber-Zählerfunktionen, die mit der Schaltung 8254 ausgeführt werden können, umfassen die Lesezeittakterzeugung, die Funktion eines Ereigniszählers, die Funktion eines digitalen Univibrators, die Funktion eines programmierbaren Maß- oder Tarifgebers, die Funktion eines Rechteckwellengenerators, die Funktion eines binären Maß- oder Tarifmultiplikators, die Funktion eines komplexen Wellenformgenerators und die Funktion einer komplexen Motorsteuerung.

Ein Taktausgabeleiter 125 ist mit dem ersten Takteingang CLK der programmierbaren Zeitgeberschaltung 122 verbunden. Ein erster Steuereingang GATE des programmierbaren Zeitgeberzählers 122 kann entweder auf ein äußeres Steuersignal GATE IN1 von der äußeren Anlage, mit der der Zähler-Zeitgeberinstrumentenmodul

verbunden ist,, oder ein intern verknüpftes Signal geschaltet werden, das durch die Pufferschaltung 118 am Leiter 120 erzeugt wird. Die gewählte Verbindung erfolgt über einen Schalter oder einen Schaltdraht 12i.

Ein erstes Ausgangssignal, das von der Zeitgeber-Zählerschaltung 122 erzeugt wird, wird zum zweiten Takteingang CLK mittels eines Leiters 128 rückgekoppelt, um ein getaktetes heruntergeteiltes internes Signal in der Zeitgeber-Zählerschaltung 122 zu erzeugen. Die^e Schaltung wird von einem zweiten Steuersignal GATE getaktet, das über einen Schalter oder einen Schaltdraht 127 mit einen extern erzeugten Signal GATE IN2 oder einem intern erzeugten Steuersignal GATE gekoppelt wird, das auf einem der beiden Leiter 120 vom Puffer 118 erzeugt wird. Der Puffer 118 kann eine Schaltung vom Typ 74LS273 sein. In ähnlicher Weise kann die zweite Zeitgeber-Zählerschaltung 123 extern durch ein Signal CLK IN1 getaktet werden, das entweder intern mittels eines Signals vom Puffer 118 am Leiter 121 oder eines extern erzeugten Steuersignals GATE IN3 eingeblendet wird, ~-e nachdem wie die Schalterstellung des Schalters 129 gewählt ist.

Es versteht sich, daß die programmierbaren Zeitgeber-Zähler 8254 von Intel mehr interne Möglichkeiten der programmierbaren Messung und/oder Erzeugung von Signalen haben, als es durch die vereinfachten Verbindungen in Fig.7 angegeben ist. Diesbezüglich wird auf die passenden Intel-Datenblätter und das Arbeitsmanual 8254 für zusätzliche Möglichkeiten der Steuerung der Zähl-, Zeit- und Impulsgebermöglichkeiten dieser Schaltungen verwiesen.

Im folgenden wird anhand von Figur 4 der Aufbau einer leistungsfähigen Trägermodulschaltung 2B beschrieben. Diese Trägermodulschaltung enthält einen Mikroprozessor 135, der ein acht-Bit-Mikroprozessor MC6809E von Motorola sein kann. Der Mikroprozessor 135 weist eine 16-Bit-Adressensammelschiene 42B auf und ist mit seinen Leitern AO bis A7 mit den Eingängen einer Pufferschal-

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tu::·. 146 verbunden, die eine integrierte Schaltung von¹. Typ 74LS244 sein kann, während seine Leiter A8 bis A15 mit den Eingängen einer Pufferschaltung 145 verbunden sind, die gleichfalls eine integrierte Schaltung vom Typ 74LS244 sein kann. Die Ausgänge der Pufferschaltungen 145 und 146 bilden eine Sammelleitung 42 für gepufferte Adressen, die mit den Leitern AO bis A15 der Jnstrumentierungssammelschiene 7 verbunden ist.

Der Mikroprozessor 135 weist acht Zwei-Richtungsdatensammelleiter 38B auf, die rr.it den Eingängen eines Zwei-Richtungspuffers 147 verbunden sind, der mittels einer integrierten Schaltung vom Typ 74LS24 5 ausgeführt ist. Die Zwei-Richtungssammelleiter für gepufferte Daten 38 sind mit den Datensammelleitern DO bis D7 der Instrumentierungssammelschiene 7 verbunden.

Die Säirimelleiter 42 für die gepufferten Adressen sind mit den Adresseneingängen eines Speichers 153 mit direktem Zugriff verbunden und die Leiter A13 bis A15 der Sammelleitung 42 für die gepufferten Adressen sind mit den Adresseneingängen eines programmierbaren Festspeichers 148 verbunden, dessen vier Datenleitungen mit einer vier aus sechzehn Dekodierschaltung 149 verbunden sind, die eine integrierte Dekodierschaltung vom Typ 54LS154 sein kann, die an der Sammelleitung 114 sechzehn Chip-Wählausgangssignale erzeugt. Eines dieser Chip-Wählsignale liegt an einer Zeitgeberschaltung 150 und ein anderes liegt an einer zweiten Zeitgeberschaltung 151. Sechzehn der Chip-Wählausgänge 114 sind gleichfalls mit den Leitern IOS0 bis IOS15 der Instrumentierungssammelschiene 7 verbunden. Die Zeitgeber 150 und 151 können integrierte Schaltungen vom Typ 6840 von Motorola sein. ..ie erzeugen ein gedehntes Taktsignal E_gTR am Leiter 138, das die Wirkung der Dehnung des Taktsignales hat, das von der Taktgeberschaltung 137 erzeugt wird, wenn bestimmte für den Mikroprozessor 135 periphere Einrichtungen von ihm adressiert werden.

Die Sammelleitung 38 für die gepufferten Daten ist mit den Eingängen einer Zwei-Richtungspufferschaltung 152 verbunden, die

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eine integrierte Schaltung vom Typ 74LS245 sein kann. Der Eingang DIR* der Zwei-Richtungspufferschaltung 152 ist mit äe~- Schreibleiter WRITS*der Steuersammelleitung 132 verbunden, die mit den Steuerleitern der "nstrumentierungssammelschiene 7 verbunden ist. Die SteuerSammelleitung 2 enthält Leiter WRI* und RD* der Instrumentierungssammelschiene 7, deren Signale von einer Pufferschaltung 144, die eine integrierte Schaltung vom Typ 74LS244 sein kann, mit Steuersignalen erzeugt werden, die an der Steuersammelleitung 142 durch den Mikroprozessor 135 erzeugt und über eine logische Lese-Schreibschaltung 143 dekodiert werden, die mit Hilfe von mehreren NAND-Gliedern und einem Inverter ausgeführt werden kann.

Das Signal E_gT am Leiter 140 kann auch in den Puffer 144 eingeladen werden. Die Sammelleiter 38 für die gepufferten Daten sir. mit den Leitern DO bis D,^; der Instrumentierungssammelschiene 7 und gleichfalls mit einem Ladepuffer 157 verbunden, der eine Schaltuncr vom Typ 74LS245 sein kann und oessen Ausgangssignal die Zeitgeberschaltungen 150 und 151 und die periphere Schnittstellenadapterschaltung 158 lädt. Die Funktion des peripheren Schnittstellenadapters 158, der vom Typ 6822 von Motorola sein kann, besteht darin, die digitalen Eingabe/Ausgabesignale auf der Steuersammelleitung 132 zu steuern. Die Signale auf der Steuersammelle.itung 132 liegen c:irekt an den Leitern RD* und WRT* und mehreren Leitern der Instrumentierungssammelschiene

Die zweite Gruppe der Datenanschlüsse der Zwei-Richtungspufferschaltung 152 ist mit einer acht-Bit-Sammelleitung 38C für die gepufferten Daten verbunden, die mit den Datenanschlüssen des

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Speichers RAM/E PROM 153A mit direktem Zugriff verbunden ist, und sind gleichfalls mit den Zwei-Richtungsdatenanschlüssen eines Speichers 153 mit direktem Zugriff und Doppelzugriff verbunden. Diese zuletztgenannte Schaltung kann eine integrierte Schaltung vom Typ SY2130/2131 von Synertek sein. Die Chip-Wähleingänge des Speichers RAM 153 mit Doppelsugriff sind mit den Leitern 114B der Chip-Wählsammelleitung 114 verbunden. Die Chip-Wähleingänge des Speichers 153 mit direktem Zugriff sind mit den

Leitern 114Α der Chip-Wählsammelleitung 114 verbunden. Die Adresseneingänge der Sammelleitung 42 für die gepufferten Adressen sind mit den sechzehn Adresseneingängen des Speichers RAM 153 mit Doppelzucriff verbunden.

Der Zugriff durch den Hauptrechner über die Hauptrechnersamreols-chiene 115 zum Speicher RAM 153 mit Doppelzugriff wird über eine Zwei-Richtungspufferschaltung 154 bewxrkt, die eine integrierte Schaltung vom Typ 74LS145 sein kann und deren andere Anschlüsse 3SD mit einer zweiten Gruppe von Zwei-Richtungsdatenanschlüssen des Speichers RAM 153 mit Doppelzugriff verbunden sind.

Die sechzehn Adressensamiaeileiter der Hauptrechnersammelschiene 15 sind mit den Eingängen des Adressenpuffers 155 verbunden, der aus integrierten Schaltungen vom Typ 74LS245 aufgebaut sein kann und dessen Ausgänge mit den sechzehn Adressenleitern 42D verbunden sind, die auch mit dem Adresseneingang des Speichers RAM mit Doppelzugriff verbunden sind.

Die zweite Gruppe der Steueranschlüsse 132B des Speichers RAM mit Doppelzugriff wird über eine Puffer- und Dekodierschaltung 156 angesteuert, deren Eingänge mit den Leitern der Hauptrechnersammelschiene 15 verbunden sind. Die Ausgangssignale der Pufferund Dekodierschaltung 156 schließen die Eingangssignale CS*, WR* und RD* der zweiten Gruppe der Anschlüsse des Speichers RAM 153 mit Doppelzugriff ein. Die Puffer- und Dekodierschaltung 156 kann mit einer integrierten Schaltung vom Typ 74LS244 und eine:. Schaltung vom Typ 74LS138 ausgeführt sein.

In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß die oben beschriebene Trägermodulschaltung und die Instrumentenmodulschaltung in Verbindung mit Programmen oder Unterprogrammen verwandt werden, die vom Hauptrechner oder vom Mikroprozessor 135 des Trägermoduls 2B in Fig.4 ausgeführt werden, um gewählte Instrumentenfunktionen für einen bestimmten Zweck in einer bestimmten Umgebung auszuführen.

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Figur 8 zeigt das etwas verallgemeinerte Flußdiagramm eines Programms mit dem der Hauptrechner, der ein Personal Computer von IBM sein kann, in den der Trägermodul eingesteckt oder an den der Trägermodul angeschlossen ist, die Form des Trägermoduls 2A von Fi .3 und aller Instrumentenmodule wie beispielsweise der Module 3, 4, 5 in Fig.1 identifizieren kann, die an den Trägermodul 2A angeschlossen sind. Das Programm von Fig.8 beginnt mit einem Eintrittsblock 210 und bestimmt, welcher Trägerr.odul vorliegt, indem es das Identifizierungsregister 62 (Fig.3} ces Trägermoduls 2A liest. Anschließend geht das Programm zum Block 212 und bestimmt das Programm, welche Instrumenterirnodule in die Trägermodule und an welchen Adressenplatzen eingesteckt sind, indem es die Identifizierungsregister dieser Instrumentenmodule und möglicherweise weitere Informationen liest, die in Festspeichern der verschiedenen Instrumentenmodule gespeichert sind.

Danach geht das Identifizierungsprogramm von Fig.8 auf den Block 213 über und führt das Programm ein Unterprogramm aus, das bewirkt, daß die Kennwerte des gesamten Instrumentierungssystems von Fig.1 einschließlich des Trägermoduls 2 und der Instrumentenmodule 3, 4 und 5 und auch alle verfügbaren Optionen der Hardware angezeigt werden, die für den Benutzer zur Verfügung stehen.

Anschließend geht das Programm von Fig.8 auf den Block 214 über und bestimmt das Programm, welche verfügbaren Optionen der Benutzer wählt. Das erfolgt tatsächlich dadurch, daß das in Fig.11 dargestellte Programm ausgeführt wird, das später beschrieben wird.

Im folgenden wird auf das in Fig.11 dargestellte Flußdiagramm Bezug genommen, das ein Beispiel eines Programms zur Ausführung durch den Hauptrechner mit einer Instrumententrägerschaltung 2A von Figur 3, die an einen Sammelschienenleiter angeschlossen ist,

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wobei der Trägermodul 2A eine Vielzahl von angesteckten Instrurr.enteniTsodulen aufweist, beschreibt. Das Programm von Fig. 11 beginnt mit einem Sintrittsblock 252, an dem der Hauptrechner ein Unterprogramm ausführt, um die Stellung der Adressenschalter 53 (Fig.3) des Trägermoduls 2A zu lesen, die vorher eingestellt sind, Es versteht sich, daß der Kauptrechner eingerichtete Speicheradressenbereiche haben muß, was für die Trägermodulschaltung 2A über eine geeignete Einstellung der Adressenschalter 53 erfolgen muß. Das Programm von Fig. 11 tritt dann in den Entscheidungsblock 254 ein und bestimmt, ob die Trägermodulschalter 53 in passender Weise eingestellt sind. Das erfolgt dadurch, daß das Identif i ζ ierungsregister 62 des Trägermoduls 24 (Fig.3) gelesen und sein Inhalt mit der gespeicherten gültigen Identifisierungsinformation verglichen wird. Wenn die Entscheidung im Entscheidungsbiock 254 negativ ist, geht das Programm auf den Block 253 über und bewirkt das Programm eine Anzeige, die das geeignete Verfahren der Einstellung des Trägermoduladressenschalters oder die richtige Einstellung der Identifizierungsregister des Trägermoduls und/oder der Instrumentenmodule erläutert, wie es im folgenden im einzelnen beschrieben wird. Das Programm geht dann zum Entscheidungsblock 254 zurück, wobei dann, wenn die Entscheidung positiv ist, das Programm in den Block 256 eintritt.

Im Block 256 liest das Programm das Trägermodulidentifizierungsregister 62 (Fig.3). Wenn ein Fehler in der Einstellung des Trägermodulidentifizierungsregisters auftritt, was durch den Entscheidungsblock 257 festgestellt wird, tritt das Programm in den Block 257A ein, zeigt das Programm eine Fehlermitteilung an und tritt das Programm anschließend in den Block 253 ein, um eine Erläuterung der richtigen Einstellung des Identifizierungsregisters anzuzeigen und die Bedienungsperson dazu zu bringen, die richtigen Einstellungen auszuführen. Wenn die Entscheidung im Entscheidungsblock 257 positiv ist, tritt das Programm in den Block 258 ein.

Im Block 258 bewirkt das Programm, daß der Hauptrechner alle Instrumentenmodulidentifizierungsregister liest und dadurch die

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Kennwerte des Trägermoduls und aller daran befindlichen Instrumentenmodule bestimmt. Das Progranen geht dann auf den Block über und zeigt ein Inhaltsverzeichnis der Charakteristiken oder eine Liste des Trägermoduls und der daran angeschlossenen Instrumentenmodule an.

Danach tritt das Hauptrechnerprogramm in den Block 261 ein und bringt das Hauptrechnerprogramm die Bedienungsperson dazu, von dem angezeigten Inhaltsverzeichnis die Listen im einzelnen zu wählen, von denen er Optionen zu wählen wünscht, um die gerade gewünschte Instrumentenfunktion für den Hauptrechner zu erreichen.

Danach tritt das Programm in den Entscheidungsblock 262 ein und bestimmt das Programm, ob eine der gewünschten Listen-Zusammenstellungen, die von der Bedienungsperson gewünscht wird, vorher erfolgt und gespeichert ist. Wenn diese Entscheidung positiv ist, geht das Programm auf den Block 259 über und ruft das Programm wieder die vorherige Listen-Zusammenstellung von der Platte auf, auf der diese Zusammenstellung gespeichert ist. Das Programm geht dann auf den Block 264 über.

Wenn die Entscheidung des Entscheidungsblockes 262 negativ ist, geht das Programm auf den Block 263 über und bringt das Programm cie Bedienungsperson dazu, eine weitere Wahl der Listenzusammenstellung vorzunehmen, soweit sie erforderlich ist, um die gewünschten Hardware-Merkmale des Trägermoduls und der Instrumentenmodule und die zugehörigen Software-Merkmale zu wählen. Wenn an irgendeiner Stelle dieses Arbeitsvorganges die Bedienungsperson aus dem Programm austreten will, kann sie das tun, wie es durch das Etikett 276 angegeben ist. Anderenfalls geht das Programm vom Block 263 auf den Block 264 über und zeigt das Programm die Listenzusammenstellung an, die für den vorliegenden Trägermodul und die drei damit verbundenen Instrumentenmodulen gerade gewählt oder wieder aufgerufen ist. Das Programm geht dann auf den Entscheidungsblock 264A über und bestimmt, ob weitere Listenzusammenstellungen erforderlich sind, um die notwendige Instrumenten-

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funktion iür den Kauptreehner zu erzielen. Wenn diese Entscheidung positiv ist, kehrt das Programm zura Block 260 zurück, während es anderenfalls auf den Block 265 übergeht.

Im Block 265 veranlaßt das Programm die Bedienungsperson, die Laufabfolge zu wählen, die notwendig ist, um die vorher gewählten Kardware-Merkmale und Software-Merkmale des Trägermoduls 2A und der daran befindlichen Instrumentenmodule oder der damit verbundenen Kardware und Software zu bekommen, damit diese zusammenarbeiten und wechselwirken und dadurch die gerade gewünschte Instrumentenfunktion ausgeführt wird. Ein Beispiel dafür, woraus die Laufabfolge bestehen kann, schließt eine Abfolge des Lesens einer Analogspannung proportional zu einem Dampfdruck in einem Kessel, die Bestimmung, ob der Wert innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt und die Erzeugung eines digitalen Ausgangssignals ein, um ein Steuerventil zu öffnen und zu schließen, damit der Dampfdruck auf einen gewünschten Wert gebracht wird. Bei diesem Verfahren kann die Bedienungsperson das Programm verlassen, wenn sie dieses wünscht, wie es durch das Etikett 274 angezeigt ist. Anderenfalls geht das Programm auf den Entscheidungsblock 268 über und bestimmt das Programm, ob die oben gewählte Laufabfolge mit der vorher gewählten oder wieder aufgerufenen Listenzusammenstellung der Hardware- und Software-Merkmale inkonsistent ist. Wenn diese Entscheidung positiv ist, geht das Programm zum Block 263 zurück und zeigt das Programm auch passende Fehlernachrichten an, die die Inkonsistenz anzeigen. Wenn die Entscheidung des Entscheidungsblocks 268 negativ ist, geht das Programm auf den Block 269 über und führt das Programm die gewählte Laufabfolge aus, und zwar unter Verwendung der gewählten Hardware-Merkmale und Software-Merkmale des Trägermoduls 2A und der daran befindlichen Instrumentenmodule , sowie der zugehörigen Hardware- und Software-Merkmale, um die gewünschte Instrumentenfunktion des Hauptrechners mit dem Trägermodul und den Iristrumentenmodulen auszuführen. Das Programm ist dann beendet.

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Figur 9 und 1C zeigen Flußdiagramme von Prograiwrien, die durch den Hauptrechner ausgeführt werden können, um die Arbeit des Analogeingabe- oder Datenakquisitionsinstrumentenmoduls 84 ve: Figur 6 und des Analogausgabe- oder Iun.<tionsgeneratormoduls 65 von Fig. 5 jeweils zu bewirken.

Was das Programm von Figur 9 anbetrifft, so beginnt es ir.it dem Eintrittsblock 20"^: , an dem der Hauptrechner den jeweiligen MuI-tiplexerkanal dann, wenn eine Eintakteingabe erwünscht ist, oder beide Kanäle 85 und 86 von Fig. 6 wählt, wenn eine dxfferentiei: ■ Eingabe erwünscht ist. Das Programm tritt dann in den Block 202 ein und erzeugt das notwendige Signal am. Leiter 108 von Figur 6, um die Umwandlung des am Ausgang der Tastspeicherschaltung 100 erzeugten analogen Signals in ein digitales 12-Bit-Ausgangssignal an den digitalen Ausgängen des Analog-Digital-Wandlers 101 auszulösen. Ein Unterprogramm, das ohne weiteres ausgeführt werden kann, um das Multiplexen der drei Teile des digitalen 12-Bit-Ausgangssignals des Analog-Digital-Wandlers 108 auf die acht Leiter der Zwei-RichtungsSammelleitung 102 für die gepufferten Daten zu erreichen, läßt sich ohne weiteres schreiben, so daß Einzelheiten nicht gegeben werden müssen, da sie zur Durchführung der Erfindung nicht von wesentlicher Bedeutung sind und in verschiedener Weise ausgeführt werden können.

Das Programm tritt dann in den Entscheidungsblock 203 ein und wartet erforderlichenfalls, wie es durch die Schleife 204 angegeben ist, bis die Analog-Digital-Umwandlung durch den Analog-Digital-Wandler 101 abgeschlossen ist. Das Programm geht dann auf den Block 205 über und bewirkt, daß der Hauptrechner das digitale 12-Bit-fiquivalent des analogen Eingangssignals auf die Instrumentierungssammelschiene 7 puffert und diese Information abruft und im Speicher des Hauptrechners speichert, von wo sie dann, wenn es erforderlich ist, dazu benutzt werden kann, die gewünschte Instrumentenfunktion zu erfüllen oder die Ergebnisse der Instrumenten-

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funktion für andere Zwecke zu verwenden.

Was das Flußdiagramm von Fig.10 anbetrifft, so führt der Hauptrechner die Arbeit eines Analog-Ausgabe- oder Funktionsgeneretcrxncdul 65 von Fig. 5 aus, indem er mit dem Block 131 beginnt. Im Block 181 gibt der Hauptrechner Adressen auf der Instrumentierungssaminelschiene aus, danit die Dekodierschaltung 77 einen der Digital-Analog-Wandler 72 und 79 wählt, der benötigt wird, um die gerade gewünschte Instrumertenfunktion auszuführen, und erzeugt der Eauptrechner gleichfalls das benötigte Signal ME* und die gewünschten Daten an den Leitern DO bis D7 der Instrumentierungssammelschiene, um den Puffer 66 zu laden und die in analoge Form umzuwandelnden digitalen Daten an die digitalen Eingänge der Digital-Analog-Wandler 72 und 79 zu legen.

Danach tritt das Programm in den Block 182 ein und erzeugt das Programm das benötigte Signal am Leiter WRT*, um die Digital-Analog-Umwandlung durch den gerade gewählten Digital-Analog-Wandler 72 oder 79 auszulösen und die Fertigstellung der Di"ital-Analog-Umwandlung abzuwarten. Das Programm tritt dann in den Block 183 ein und gibt das resultierende analoge Ausgangssignal für den passenden Leiter 75 oder 83 frei. Das Programm ist dann beendet.

Durch die Erfindung wird einem Personal Computer oder einem Hauptrechner eine höhere Vielseitigkeit und eine größere Instrumentenfunktionalität gegeben, als es irgendein bekanntes Instrumentierungssystern für einen Personal Computer ermöglicht. Die besondere standardisierte Instrumentierungssammelschiene mit ihrem digitalen Teil und mit den segmentierten analogen Teilen und der Vielzahl von identischen Instrumentierungssammeileitern, von denen jeder eine Familie von Instrumentenmodulen aufnimmt, die die Fähigkeit haben, verschiedene Instrumentenfunktionen auszuführen, kombiniert mit der Fähigkeit des Hauptprozessors oder des Personal Computer-Programms, die Identifizxerungsregister

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der angeschlossenen Instrumentenmodulen, d.h. die Möglichkeiten der gerade angeschlossenen Instrumentenmodulen zu lesen, und der sofortigen Wahl einer gewünschten Gruppe von Instrumentenfunktionen aus zur Verfügung stehenden Laufabfolgen stellt dem Benutzer viele, beispielsweise Hunderte von verschiedenen Instrumentierungssystemformen zur Verfügung, die bei einem Personal Computer bei sehr geringen Kosten vorgesehen sein können. Die besonderen naargarittenartig verketteten analogen Sarmelschienensegmente ermöglichen es, daß ein Instrumentenmodul ein Signal konditioniert und dann ein Prozeßsignal auf das nächste Segment leitet, wodurch eine oder mehrere verlängerbare analoge Sammelschienen geliefert werden und dadurch die Probleme vermieden werden, die mit dem Mangel an Modularität der bisherigen Einsteckinstrumentierungssysteme für Personal Computer verbunden waren, und die Notwendigkeit vermieden wird, eine an die Kundenwünschte angepaßte Verdrahtung zum Leiten der analogen Signale vorzusehen. Um das erfindungsgemäße Instrumentierungεsystem auf verschiedene Personal Computer anzupassen, die gegenwärtig käuflich erhältlich sind, muß nur die Auslegung des Trägermoduls verändert werden. Die gesamte Familie der Instrumentenmodule kann in irgendeinem gegebenen Trägermodul eingesteckt werden, ohne daß sie in irgendeiner Weise neu auszulegen oder umzubilden sind. Die nahezu augenblickliche Möglichkeit der Umbildung und die Flexibilität des erfindungsgemäßen Systems ergeben ein ideales Instrumentierungswerkzeug für verschiedene kommerzielle und experimentelle Benutzungszwecke. Statt wertvolle Konstruktionszeit zum Auslegen eines Datenakquisitionssystems zu investieren, können beispielsweise die gewünschten Funktionen leicht dadurch erhalten werden, daß einfach eine Gruppe von Instrumentenmodulen eingesteckt werden, die die gewünschten Grundmöglichkeiten haben, daß die benötigten Möglichkeiten den Anforderungen entsprechend gewählt werden und eine Laufabfolge auf die Anforderung ansprechend festgelegt wird.

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Claims (33)

PATENTANSPRÜCHE

1. Instrumentierungsvorrichtung, die in einen Stecker einer digitaler. Sammelschiene eines Hauptrechners einsteckbar ist/ gekennzeichnet durch

a) einen Trägermodul (2) mit einem Hauptrechnersammelschienenstecker zur Verbindung mit dem Stecker der digitalen Sammelschiene,

b) eine Instrumentierungssammelschiene (7) , die am Trägermodul (2) angeordnet ist und einen digitalen Teil (7A) und einen segmentierten analogen Teil (16,17,18,19) aufweist,

c) eine Vielzahl von Instrumentenmodulsteckern (10) , die elektrisch mit der Instrumentierungssammelschiene (7) verbunden sind, wobei der digitale Teil (7A) der Instrumentierungssammelschiene (7) eine Vielzahl von Leitern aufweist, von denen jeder mit dem entsprechenden Anschlußleiter eines jeweiligen InstrumentenmodulSteckers (10) verbunden ist, und jedes Segment des segmentierten analogen Teils (16,17,18, 19) der Instrumentierungssammelschiene (7) einen analogen Sammelschienensegmentstecker aufweist, der mit einem jeweiligen Eingangsanschlußleiter eines der Instrumentenmodulstecker (10) und einem jeweiligen Ausgangsanschlußleiter eines anderen Instrumentenmodulsteckers (10) verbunden ist,

d) eine Schnittstellenschaltungseinrichtung, die mit dem Stecker der digitalen Sammelschiene des Hauptrechners und mit dem digitalen Teil (7A) der Instrumentierungssammelschiene (7) verbunden ist, um die entweder vom digitalen Teil der Sammelschiene des Hauptrechners oder von der digitalen Instrumentierungssammelschiene (7) der Trägerplatte (2) empfangenen digitalen Daten umzuformen und/oder zu reformatieren und die

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umgeformten und/oder reformatierten digitalen Daten zu der jeweils anderen Samirielschiene, nämlich der digitalen Sammelschiene des Hauptrechners oder dem digitalen Teil (7A) der Instrumentierungssamreelschiene (7) auszugeben und e) eine Vielzahl von Instrumentenmoduleinrichtungen (3,4,5) von denen jede in einen jeweiligen Instrumentenmodulstecker (10) eingesteckt ist, um ein analoges Signal vom Leiter eines Segmentes des segmentierten analogen Sammelschienenteils (16,17, 18,19) zu empfangen, das empfangene analoge Signal zu verarbeiten und eine abgewandelte Form dieses analogen Signals dem anderen Leiter eines anderen Segmentes des segmentierten analogen Sammelschienenteils (16,17,18,19) zu übertragen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der segmentierte analoge Teil (16,17,18,19) der Instrumentierungssammelschiene (7) eine Vielzahl von analogen Sammelschienensegmenten enthält, von denen jedes eine Vielzahl von analogen Sammelschienensegmentleitern (16A, 17A, 18A, 19A) enthält, von denen jeder mit einem jeweiligen analogen Ausgangsanschlußleiter eines der Instrumentenmodulstecker (10) und mit einem jeweiligen analogen Eingangsanschlußleiter eines anderen InstrumentenmodulSteckers (10) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Instrumentenmoduleinrichtung (3,4,5) einen Aufbau der internen digitalen Sammelschiene hat, der identisch mit dem Sammelschienenaufbau des digitalen Teils (7A) der Instrumentierungssammelschiene (7) ist, damit irgendeine Instrumentenmoduleinrichtung (3,4,5) in die Instrumentenmodulstecker

(10) unabhängig von Unterschieden zwischen dem Sammelschienenaufbau der digitalen Sammelschiene des Hauptrechners und dem Sammelschienenaufbau der digitalen Instrumentierungssammelschiene (7) eingesteckt werden kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Instrumentenmoduleinrichtung (3,4,5) ein erstes analoges Eingangssignal von einem ersten

analogen Sammelschienensegmentleiter über einen Instrumentenmodulstecker (10) empfängt, mit dem die Instrumentenmcduleinrichtung (3,4,5) verbunden ist, dieses erste analoge Eingangssignal verarbeitet und das sich ergebende abgewandelte erste analoge Eingangssignal einem zweiten analogen Sammelschienensegmentleiter über diesen Instrumentenitiodulstecker überträgt, um effektiv das erste analoge Sammelschienensegment zu verlängern.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine erste Instrumentenmoduleinrichtung (3,4,5) einen Kabelstecker aufweist, und ein Kabel (30,31,32) den Kabelstecker mit einem äußeren Teil der Ablage verbindet, der vom Hauptrechner nach Maßgabe einer Instrumentenfunktion überwacht und/oder gesteuert wird, die von der ersten Instrumentenmoduleinrichtung (3,4,5) ausgeführt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η - % zeichnet, daß die erste Instrumentenmoduleinrichtung * (3,4,5) eine Einrichtung aufweist, die ein analoges Signal zu dem äußeren Teil der Anlage über das Kabel (30,31,32) sendet und/oder von diesem äußeren Teil der Anlage über das Kabel (30, 31,32) empfängt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Instrumentenmoduleinrichtung (3,4,5) eine Einrichtung aufweist, die eine digitale Information über das Kabel (30,31,32) einem äußeren Teil der Anlage zuführt und/oder von dem äußeren Teil der Anlage empfängt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Instrumentenmoduleinrichtung (3,4,5) eine gedruckte Schalungsplatte aufweist und die Instrumentenmodulstecker (10) jeweils fest eine der Instrumentenmoduleinrichtungen (3,4,5) so hält, daß die Ebene der gedruckten Schaltungsplatte jeder Instrumentenmoduleinrichtung (3,4,5) parallel zur Ebene des Trägermoduls (2) verläuft.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägermodul (2) und jede Instrumentenmoduleinrichtung (3,4,5) eine Identifizierungsregistereinrichtung (62) aufweist, die mit cem digitalen Teil (7A) der Instrumentierun ^sammelschiene (7) gekoppelt ist, um eine Information zu speichern, die die Art der Instrumentenarbeit£~ möglichkeiten oder -Sanktionen angibt, die der Trägern dul {2) und die Instrumenteronoduleinrichtungen (3,4,5) jeweils ausführen können.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägermodul (2) eine Adressenspeichereinrichtung zurr. Speichern einer vorbestimmten Adresse, die dem Trägermodul (2) zugeordnet ist, und eine Adressenvergleichseinrichtung aufweist, die mit der digitalen Sammelschiene des Hauptrechners verbunden ist, um ein Freigabesignal zu erzeugen, wenn die vorbestimmte Adresse zu einer Adresse paßt, die vom Hauptrechner ausgegeben wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägermodul (2) eine Vielzahl von Pufferschaltungseinrichtungen aufweist, die mit der digitalen Sammelschiene des Hauptrechners und mit dem digitalen Teil (7A) der Instrumentierungssammelschiene (7) verbunden ist, um

(1) für ein Puffern zwischen den entsprechenden Datensammelschienenleitern der digitalen Sammelschiene des Hauptrech- :ers und der digitalen Instrumentierungssammelschiene (7) zu sorgen,

(2) für ein Puffern zwischen einigen Adressenleitern der digitalen Sammelschiene des Hauptrechners und den entsprechenden Adressenleitern der digitalen Instrumentierungssammelschiene (7) zu sorgen und

(3) Funktionswählsignale dadurch zu erzeugen, daß die Adressensignale auf den anderen Adressenleitern der digitalen Sammelschiene des Hauptrechners dekodiert werden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägermodul (2) eine Adressendekodier-

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einrichtung zum Dekodieren der Adressen auf den anderen Adres- j senleitern der digitalen Sammelschiene des Hauptrechners aufweist, um Freigabesignale zum Freigeben der Pufferschaitungseinrichtungen undModulfreigabesignale zum Freigeben der verschiedenen Funktionsblöcke der verschiedenen Instrumentenmoauleinrichtungen (3,4,5) jeweils zu erzeugen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägermodul (2) eine Prozessoreinrichtung (135) zum Ausführen von gespeicherten Anweisungen, eine Speichereinrichtung zum Speichern einer Information und zum Informationsaustausch mit der Prozessoreinrichtung (135) und eine Speichereinrichtung (153) mit Doppelzugriff aufweist, die zwischen die digitale Sammelschiene des Hauptrechners und die digitale Instrumentierungssammelschiene (7) geschaltet ist, um die Arbeit der Instrumentenmoduleinrichtung (3,4,5) auf die f Prozessoreinrichtung (135) ansprechend zu bewirken.

14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Instrumentenmoduleinrichtungen (3,4,5) eine Analog-Digital-Wandlereinrichtung (72,79) aufweist, die eine digitale Information von der digitalen Instrumentierungssammelschiene (7) empfängt und sie in ein analoges Signal umwandelt und dieses zu einem analogen Sammelschienensegmentleiter der Instrumentierungssammelschiene (7) ausgibt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Instrumentenmoduleinrichtung (3, 4,5) eine Speichereinrichtung (80) zum Speichern einer Vielzahl von Anweisungen aufweist, die von einem Prozessor ausgeführt werden können, damit eine digitale Information der Digital-Analog-Wandlereinrichtung (72,79) in einer Abfolge eingegeben wird, die bewirkt, daß die Digital-Analog-Wandlereinrichtung (72,79) eine vorbestimmte analoge Wellenform ausgibt.

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16. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Instrumentenmoduleinrichtung (3,4,5) eine Multiplexeinrichtung (88,94), die ir.it einem Kabel gekoppelt ist, das eine Vielzahl von externen analogen Signalen auf eine Vielzahl von analogen Leitern jeweils führt, um eines oder mehrere der externen analogen Signale durch Daten von der Instrumentierungsdatensammelschiene (7) bestimmt für den Eingang eines Verstärkers (91) mit programmierbarer Verstärkung zu wählen, und eine Analog-Digital-Wandlereinrichtung (101) aufweist, die das gewählte und verstärkte analoge Signal in eine dieses repräsentierende digitale Zahl umwandelt und die digitale Zahl zum digitaler. Teil (7A) der Instrumentierungssaininelschiene (7) ausgibt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Instrumentenmoduleinrichtung (3,4,5) eine Speichereinrichtung (105) zum Speichern einer Vielzahl von Anweisungen aufweist, die durch einen Prozessor ausgeführt werden können, um eine vorbestimmte Abfolge der Wahl analoger Signale vom Kabel zu bewirken und diese in repräsentative digitale Zahlen umzuwandeln, die zum digitalen Teil (7A) der Instrumentierungssammelschiene (7) ausgegeben werden.

18. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Instrumentenmodul (3,4,5) eine Taktsignalgeneratoreinrichtung (124) zum Erzeugen eines internen Taktsignals und eine programmierbare Zählschaltungseinrichtung (122) aufweist, die Zählfunktionen auf das interne Taktsignal ansprechend und auf Signale ansprechend, die von der Instrumentierungssammelschiene (7) empfangen werden, Zeitsteuer- und Zeitgeberfunktionen ausführt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Instrumentierungssammelschiene (7) eine Vielzahl von Datensammelleitern, eine Vielzahl von Adressenleitern und eine Vielzahl von Steuerleitern enthält.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleiter einen Leiter für ein Signal für das Vorliegen eines Moduls, einen Lesesignalleiter, einen Schreibsignalieiter, einen UnterbrechungssignaHeiter, einen Analogmasseleiter, einen Digitalmasseleiter und wenigstens zwei segmentierte Analogsammelleiter umfassen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstellenschaltungseinrichtung eine Einrichtung aufweist, die die Arbeit des Hauptrechners mit Daten synchronisiert, die am digitalen Teil (7A) der Instrumentierungssammelschiene (7) von einer Instrumentenmoduleinrichtung (3,4,5) übertragen werden.

22. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die bewirkt, daß der Hauptrechner die Identifizierungsregistereinrichtung (62) in allen Instrumentenmoduleinrichtungen (3,4,5) und in dem Trägermodul (2) liest.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die bewirkt, daß der Hauptrechner zu den gespeicherten Nachschlagtabellenplätzen zugreift, die durch den gelesenen Inhalt der Identifizierungsregistereinrichtungen (62) bestimmt sind,um eine Liste aller verfügbarer Instrumentenarbeitsmöglichkeiten der eingesteckten Instrumentenmoduleinrichtungen (3,4,5) zu erhalten.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, gekennze ichn e t durch eine Einrichtung, die veranlaßt, daß eine gewünschte Instrumentenarbeitsmöglichkeiten von der Liste gewählt wird.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die bewirkt, daß der Hauptrechner eine Liste von gewählten InstrumentenarbeitsmÖglichkeiten von einer gespeicherten Nachschlagtabelle auf eine Wahl durch eine Bedienungsperson ansprechend aufbaut_/ und durch eine Ein-

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richtung, die bewirkt, daß ein Prozessor zu den gespeicherten Nachschlagtabellenplätzen zugreift, die durch diese Liste bestimmt sind, und von diesen Plätzen eine Liste von verfügbaren Laufabfolgen für die gewählten Instrumentenarbeitsmöglichkeiten abruft,und eine Einrichtung, die die Wahl der gewünschten Laufabfolgen von der Liste anzeigt und veranlaßt.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die bewirkt, daß ein Prozessor eine Liste von gewählten Laufabfolgen aufbaut,und die zu Speicherplätzen zugreift, die in der Liste definiert sind, um gespeicherte Unterprogramme abzurufen, die durch die Elemente dieser Liste, bestimmt sind, und eine Einrichtung, die bewirkt, ciaß der Hauptrechner diese Unterprogramme ausführt, um die gewählte Instrumentenarbeitsmöglichkeit für den Hauptrechner auszuführen.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor der Hauptprozessor ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor eine Prozessoreinrichtung (135) aufweist, die im Trägermodul (2) enthalten ist, um die gespeicherten Anweisungen auszuführen und mit dem Hauptprozessor und einer Speichereinrichtung (153) zum Speichern der Information zu kommunizieren.

29. Verfahren zum Betreiben eines Hauptrechners, um dem Hauptrechner bzw. einem Personal Computer eine Vielzahl von Instrumentenarbeitsmöglichkeiten zu geben, dadurch g e k e η η zeichnet, daß

a) eine Vielzahl von Instrumentenmodulen vorgesehen wird, von denen jeder eine Vielzahl von verschiedenen analogen und/ oder digitalen Schaltungen und eine identische Einsteckverbindung aufweist, und daß ein Trägermodul vorgesehen wird, der eine Instrumentierungssammelschiene mit einem digitalen Teil und einem segmentierten analogen Teil und eine Vielzahl

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von identischen Instrumentierungssammelschienensteckern zur Aufnahme der Einsteckverbindungen, wobei jedes Segment des analogen Teils eine Vielzahl von Analogleitern aufweist, die zwischen nicht entsprechenden Leitern eines jeweiligen Paares der Instrumentierungssammelschienensteckern verlaufen, und zum Einstecken einer gewählren Gruppe der Instrumentenmodulen aufweist, und die gewählten Instrumentenmodulen in verschiedene Instrumentensammelschienenstecker eingesteckt werden, während der Trägermodul in einen vakanten Sammelschienenstecker des Hauptrechners eingesteckt wird,

b) bewirkt wird, daß der Hauptrechner Identifizierungsregister in jedem Instrumentenmodul liest und daß d::e Schaltung im Trägermodul die digitale Information zwischen dem digitalen Teil der Instrumentierungssammelschiene und der digitalen Sammelschiene des Hauptrechners puffert, umformt und synchronisiert und daß der Hauptrechner zu Plätzen von gespei- _H cherten Nachschlagtabellen zugreift, die durch den gelesenen Inhalt der Identifizierungsregister bestimmt sind, um %'* eine Liste der verfügbaren Instrumentenarbeitsmöglichkeiten von den eingesteckten Instrumentenmodulen zu erhalten₍ und die Wahl der gewünschten Instrumentenarbeitsmöglichkeiten von der angezeigten Liste angezeigt und veranlaßt wird,

c) eine Liste der gewählten Instrumentenarbeitsmöglichkeiten erzeugt und von der gespeicherten Nachschlagtabelle eine Liste der verfügbaren Laufabfolgen von den gewählten Instrumentenarbeitsmöglichkeiten gewählt und die Wahl der gewünschten Laufabfolge angezeigt und veranlaßt wird, und

d) eine Liste der gewählten Laufabfolgen aufgebaut und zu einem Speicher zugegriffen wird, um gespeicherte Unterprogramme abzurufen, die durch Elemente der Liste bestimmt sind, um dadurch die Ausführung einer gewählten Instrumentenarbeitsmöglichkeit oder Gruppe von Arbeitsmöglichkeiten durch den Hauptrechner zu bewirken.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Synchronisierung im Schritt b)

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ein Wartesignal erzeugt und dieses an den Hauptredner gelegt wird, um die Arbeit des Hauptrechners für ein bestimmtes Zeitintervallzu verzögern, damit die Arbeit in einem der Instrurr.entenmodulevollendet werden kam .

31. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch g e k e r η zeichnet, daß im Schritt b) der Hauptrechner dazu gebracht wird, zu Plätzen im Speicher zuzugreifen, die durch den gelesenen Inhalt der Identifizierungsregister bestimmt sind, um ein Inhaltsverzeichnis der Listen der verfügbaren Instrument.enarbeitsmöglichkeiten von den eingesteckten Instrumentenmodulen zu liefern,und der Hauptrechner dazu gebracht wird, die Wahl einer Liste von den angezeigten Listen zu veranlassen.

32. Veilähren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt c) bestimmt wird, ob die Liste bereits erzeugt und gespeichert ist, wobei dann, wenn diese Bestimmung positiv is„, die gespeicherte Liste wieder abgerufen wird.

33. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß eine analoge und/oder digitale Information zwischen einem der Instrumentenmodule und einer externen Einrichtung über ein Kabel geleitet wird.

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