Интерфейс информационно-измерительных систем

Подождите немного. Документ загружается.

Повышение эффективности использования оборудования системы

достигается исключением дублирования дорогостоящих устройств путем

доступа к ним с разделением времени двух и более контроллеров и ЭВМ.

Информационный канал интерфейса предназначен для реализации

функции обмена и преобразования информации.

Основными процедурами функции обмена является прием и выдача

информации (данных, состояния, команд, адресов) регистрами составных

устройств системы. Основные процедуры функции преобразования

следующие: преобразование последовательного кода в параллельный и

наоборот; перекодирование информации; дешифрация команд, адресов;

логические действия над содержимым регистра состояния.

Изм. Лис

№ докум. Подпи

сь

Лис

ист

Интерфейсные функции

3 Интерфейсы ЦИП

Для современных информационно-измерительных систем характерен

агрегатный, или модульный, принцип построения. Суть этого принципа

заключается в объединении автономных цифровых измерительных приборов

с приемниками, источниками информации в виде измерительных

преобразователей, преобразователей аналог - код, счетчиков импульсов,

устройств накопления, регистрации информации и управляющих устройств

контроллеров. Для этого все ЦИП и другие устройства должны обладать

свойствами совместимости - конструктивной, информационной,

метрологической, энергетической, эксплуатационной. Устройства

соединяются друг с другом при помощи унифицированной системы

взаимосвязи - интерфейса.

Интерфейс определяет условия логической совместимости устройств,

входящих в свстемуг формат передаваемых чисел, номенклатуру сигналов и

команд, алгоритм обмена информацией, а также условия электрической и

конструктив- ной совместимости. В общем случае интерфейс представляет

собой совокупность унифицированных шин для передачи информации,

унифицированных электронных схем, управляющих прохождением сигналов

по шинам, а также алгоритмов управления обменом информацией и

требований к используемым сигналам. Платы интерфейсов располагаются в

самих модулях и блоках ЦИП и ИИС (так называемых интерфейсных

частях).

Современные цифровые приборы, как правило, объединяются иа основе

приборного интерфейса. При этом интерфейс должен обеспечивать

выполнение прибором тех функций, что выполняются при управлении

прибором оператором, т. е. передачу информативных данных и кодов

управления управляюшим автоматом цифрового прибора. По сравнению с

управлением оператором управление от интерфейса обеспечивает

максимальную скорость выдачи измерительной информации, что должно

быть учтено при проектировании цифрового автомата.

Интерфейсы могут быть построены по радиальному и параллельному

принципу.

В интерфейсе, построенном по радиальному принципу, центральное

управляющее устройство (контроллер) связано индивидуальными линиями с

каждым прибором (модулем), которым оно управляет. По такому принципу

построены применяемые в АСУ ТП интерфейсы ЕИ-0 (ОСТ 25450-74),

а также применяемый в научных исследованиях интерфейс международного

стандарта КАМАК. Такое построение систем отражает идеологию систем

третьего поколения: сосредоточения «интеллекта» в центре.

Изм

Ли

ст

№ докум. Подпис

Дат

Лист

Расчетно-графическая работа

Разраб.

Пров.

Н. Контр.

Утв.

Интерфейсы ЦИП

Лит. Листов

ИПТИ, ТГНГУ

Радиальные интерфейсы включают большое количество шин и не имеют

по набору команд, что делает их дорогими и неудобными для подключения к

ним существующих аналоговых автономных, универсальных измерительных

приборов с широкой номенклатурой выполняемых ими функций.

В интерфейсах, построенных по параллельному принципу, принята

идеология систем четвертого поколения, которая характеризуется

противоположной тенденцией - распределением «интеллекта» по системе,

максимальное его приближение к точкам съема и выдачи информации. Под

«интеллектом» понимается свойство изменять выполняемые функции,

приспосабливаясь к изменениям окружения. Это свойство имеют процессоры

с памятью. Интерфейс параллельного типа (рис, 12.27), более удобен для

объединения ЦИП с другими устройствами, расположенными на

значительном расстоянии. Этот интерфейс рекомендован к применению

Международной электротехнической комиссией (МЭК) и ГОСТ 26. 003-80.

Интерфейс содержит 16 сигнальных линий, объединяющих некоторое

количество измерительных приборов. Каждый конкре1нын прибвр,

снабженный интерфейсом и включенный в систему, может функционировать

в качесгве прибора-источника информации (ПИ), в качестве прибора-

приемника информации (ПП), управляющего прибора (контроллера) либо

находиться в резерве (только контролировать сигналы, проходящие по

интерфейсу).

При работе в качестве ПИ прибор посылает информацию на один или

несколько ПП. При работе в качестве ПП прибор воспринимает такую

информацию.

При работе в качестве контроллера прибор управляет потоком

информации в магистрали и определяет, какие приборы должны передавать

информацию, а какие принимать ее. Система минимального объема может

состоять только из одного ПИ и ПП (например, цифрового вольтметра и

цифропечатающего устройства).

Все активные цепи, обеспечивающие прибору возмо?«ность принимать и

вырабатывать сигналы, содержатся внутри прибора. Соединительная

магистраль является полностью пассивной. Сама магистраль состоит из 16

сигнальных линий, сгруппированных в три шины по функциональному

признаку.

Шина данных (8 сигнальных линий) используется для передачи

информации от ПИ к ПП в параллельном восьмиразрядном двоичном коде и

последовательно восьмиразрядными словами (по байтам).

Шина синхронизации (3 сигнальные линии) используется для

осуществления согласования, в процессе которого готовность ПИ или

контроллера к передаче информации синхронизируется с готовностью ПП к

ее приему.

Шину управления интерфейсом (5 сигнальных линий) использует только

контроллер.

Изм. Лис

№ докум. Подпи

сь

Лис

ист

Интерфейсы ЦИП

Чтобы управлять подключенными к магистрали приборами, контроллер

использует команды, называемые командами сопряжения. Команды

сопряжения могут передаваться двумя способами. Многопроводные команды

пересылаются по восьми информационным линиям в виде двоичных кодовых

сигналов. Одно-проводвые команды передаются по линиям шины

управления, каждая такая команда соответствует сигналу иа своей линии.

Команды могут передаваться по информациснным шинам за один илм два

такта. Команда, передаваемая за один такт времени или в первом такте

двухтактной команды, называется первичной; команда ьо втором такте -

вторичной. Разумеется, термины «первичная» и «вторичная» команды

относятся к многопроводным командам.

Функционально команды образуют три группы:

1) команды адреса, определяющие адрес приемника и адрес

передатчикаинформации;

2) адресованные команды, предписывающие приемнику, чей адрес определен

командой адреса, выполнение определенных действий. Эти команды могут

назначаться разработчикам системы и отдельных приборов, их

интерпретация зависит от типа приемника;

3) универсалььые команды, предписывающие всем присоединенным к

интерфейсу приборам выполнение определенных действий (которые они в

состоянии выполнить). Команда выдается контроллером интерфейса.

В команде адреса для адресов используются пять информационных

двоичных разрядов, так что в первичной команде можно получить 31 адрес.

При использовании вторичной команды число адресов может быть

увеличено до 961 (еще 5 двоичных разрядов).

При определении общей конфигурации системы каждому прибору

присваивается один или несколько адресов, выставляемых на приборе,

например при помощи переключателей на задней панели прибора.

Приборы соединяются в систему при помощи гибкого кабеля, на каждом

конце которого имеется двухсторонний штепсельный разъем с винтовыми

зажимами, позволяющими устанавливать разъемы один на другой и

закреплять их в этом положении. Эта конструкция позволяет собирать

систему любой конфи-. гурации, удовлетворяющей конкретным требованиям

(например, минимального физического объема системы)

Объем системы ограничивают 1.5 приборами, а максимальную длину

кабеля 20 м, хоТя при использовании расширительных блоков чти

ограничения можно преодолеть. Скорость передачи информации

определяется в основном характеристиками приборов. При правильном

подходе к проекпироваиию и выбору конфигурации системы можно

обеспечить высокую скорость передачи - до одного миллиона

восьмиразрядных чисел или двоичных кодовых сигналов в секунду (до I

Мбайт/с).

Приборы, имеющие выход на стандартный интерфейс, легко

компонуются в систему любой конфигурации. При этом они могут

Изм. Лис

№ докум. Подпи

сь

Лис

ист

Интерфейсы ЦИП

непосредственно компоноваться между собой либо с устро"ством управления

(процессором), передавая ему полученные данные и получая от него

инструкции. Стыковочные работы при этом сводятся к составлению

программ управления системой без работ по согласованию уровней сигналов

логики, обмена информацией и т. д. Это npHBO-" дит к качественным

изменениям в подходе к созданию ИИС. Можно считать, что без применения

интерфейсов объединить приборы в систему было бы практически

невозможно из-за сроков (к моменту создания системы была бы нужна уже

новая система). С применением интерфейса это становится реальным. В

настоящее время все выпускаемые ЦИП обязательно имеют интерфейс.

3.1 Интерфейс камак

КАМАК представляет собой систему, предназначенную для связи

измерительных устройств с цифровой аппаратурой обработки данных.

Система построена по модульному (блочному) принципу. Наименьшая

конструктивная единица системы - функциональный модуль (или станция)

представляет собой вставную кассету. Кассеты размещаются в каркасе-

крейте

Структура измерительной системы на основе аппаратуры КАМАК

иллюстрируется рисунком.

Рисунок 1 Структура измерительной системы на основе аппаратуры

КАМАК.

Модули крейта КАМАК управляются определенным набором команд.

Команды делятся на: адресуемые (предназначенные конкретному модулю) и

неадресуемые (общие).

Существуют общепринятые коды для типичных операций. Они

приведены в таблице 1.

Таблица 1 Коды операций системы КАМАК

Код команды (F) Подгруппа операций Комментарии

0 - 7 Чтение F (2) - чтение и сброс

содержимого регистра

8 - 15 Управление F (8) - поверка L-запроса;

F (9) - сброс L-запроса

16 - 23 Запись -

Изм. Лис

№ докум. Подпи

сь

Лис

ист

Интерфейс КАМАК

Все адресуемые команды имеют форму NAF, где N - "адрес" - номер

станции, на которой расположен модуль (может принимать значения от 1 до

23), A - "субадрес" - номер адреса устройства (регистра) внутри модуля,

принимает значения от 0 до 15, F - код операции (функции), которую должен

выполнить модуль. Для кодирования операции отводится 5 двоичных

разрядов, т. е., это может число от 0 до 31. Каждый модуль может выполнять

ограниченное число операций, и, приступая к работе с конкретным модулем,

надо по его описанию ознакомиться со списком его функций и

соответствующими кодами (см. подраздел Описание отдельных модулей).

существуют общепринятые коды для типичных операций.

Изм. Лис

№ докум. Подпи

сь

Лис

ист

Интефейс КАМАК

4 Приборные интерфейсы

Проектирование ИИС выполняется на основе модульного принципа

построения, что привело к необходимости разработки правил, регламен-

тирующих основные требования к совместимости этих блоков. Данный

принцип впервые был применен в области ядерно-химических измерений,

где требуется сложная аппаратура с высокой степенью автоматизации и

активным использованием ЭВМ для контроля, управления, сбора и пер-

вичной обработки данных. Поэтому именно в этой области впервые про-

ведена стандартизация на правила сопряжения блоков.

В США для модулей (блоков) ядерной электроники с транзисторными

схемами в 1966 г. был принят стандарт NIM (Nuclear Instrument Module). В

нем установлены механические и электрические требования к блокам. Этот

стандарт впоследствии получил распространение в странах Западной

Европы. Указанный стандарт позволил осуществить обмен данными

модульных блоков с ЭВМ. Следует отметить, что такие понятия, как канал

передачи данных и интерфейс, процесс обмена данными и др., были

перенесены из вычислительной в измерительную технику.

Реализация принципов программного управления работой ИИС привела

к развитию приборных систем; разработки интерфейсов для них появились

на рубеже 60 - 70-х годов. Приборные интерфейсы служат для компоновки

различных комплексов из стандартных измерительных приборов, устройств

ввода-вывода и управляющих устройств.

Пример, фирма "Philips" разработала систему сопряжения Partyline -

System, предназначенную для объединения в ИИС до 15 приборов. С

помощью стандартного кабеля приборы последовательно соединяются друг с

другом (в произвольном порядке) и с ЭВМ. Для этого в каждом приборе

имеются два разъема, соединенные между собой одноименными контактами.

Каждый прибор содержит специальное устройство согласования из-

мерительного оборудования с интерфейсом.

Построение интерфейса осуществляется по магистральному принципу для

передачи цифровых сигналов. Информация передается по шести шинам:

адресной (4 линии), измерительной (5 линий), управления (4 линии), а также

по шинам синхронизации, диагностики операций и передачи команд печати

(все по одной линии). Стандартный кабель содержит шесть соединительных

линий. Каждому прибору (измерительному блоку) присваивается свой адрес,

представленный четырьмя разрядами двоичного кода. Передача данных

производится в параллельно-последовательном виде (в двоичном коде).

Под действием управляющих сигналов выходная информация

Изм

Ли

ст

№ докум. Подпис

Дат

Лист

Расчетно-графическая работа

Разраб.

Пров.

Н. Контр.

Утв.

Приборные

интерфейсы

Лит. Листов

последовательно передается с декад на линии интерфейса (измерительную

шину). По этим же линиям передается кодированная информация, а также

полярность измеряемых величин, режим работы и др.

Принцип работы приборного интерфейса следующий. При появлении

информации от источника к приемнику работа обоих приборов координи-

руется сигналами по линиям шины синхронизации. При этом цикл передачи

информации состоит из четырех фаз:

 источник выставляет информационный байт;

 источник выставляет сигналы на шине синхронизации;

 приемник принимает информацию,

 приемник подготавливается к приему нового байта информации.

Приборный интерфейс имеет следующие ограничения: число приборов

не более 15, максимальная допустимая длина кабеля связи — 20 м,

максимальная скорость передачи по магистрали - 1 Мбайт/с.

Логические уровни сигналов выбраны из расчета применения интег-

ральных схем ТТЛ (высокий уровень — не менее 2,4 В, низкий — не более

0,8 В). Нагрузкой каждой сигнальной линии является внутреннее сопро-

тивление каждого прибора не более 3 кОм, подключенное к шине + 5 В, и

резистор 6,2 кОм, подключенный к шине "земля" схемы. Кодирование

информации, как следует из конструкции магистрали, ведется по байтам.

Схемы интерфейса программно-управляемых приборов выполняются в двух

вариантах:

в виде схем, реализованных и конструктивно оформленных внутри

прибора как его составная часть, с установкой стандартного разъема на

задней панели прибора; этот вариант применяется преимущественно в новых

приборах, выпускаемых по стандарту МЭК;

в виде отдельно выполненных интерфейсных модулей, подключаемых к

серийно выпускаемым или находящимся в обращении цифровым приборам и

устройствам; эти модули по существу являются адаптерами, т. е.

переходными устройствами между выходом прибора и стандартным входом

в магистраль приборного интерфейса.

Приборный интерфейс широко применяется как в отечественной

промышленности, так и зарубежными фирмами при построении ИИС для

автоматизации эксперимента. Из имеющихся непрограммируемых приборов,

не подготовленных для совместной работы, приборный интерфейс позволяет

создавать ИС путем использования относительно несложных устройств

сопряжения — интерфейсных плат и микроЭВМ в качестве контроллера

системы.

Изм. Лис

№ докум. Подпи

сь

Лис

ист

Приборные интерфейсы

5 Машинные интерфейсы

Машинные (или системные) интерфейсы предназначены для объеди-

нения составных блоков ЭВМ в единую систему. Тенденция развития

машинных интерфейсов вызвана необходимостью значительного увеличения

процента операций ввода-вывода, номенклатуры и числа периферийных

устройств. В связи с этим существенно возросли требования к унификации и

стандартизации интерфейсов.

Характерной особенностью машинных интерфейсов является необ-

ходимость их функционирования в нескольких режимах взаимодействия,

влияющих на функциональный состав систем шин. Основными режимами

взаимодействия являются ввод-вывод по программному каналу и по каналу

прямого доступа в память.

Ли

ст

№ докум. Подпис

Дат

Лист

Расчетно-графическая работа

Разраб.

Пров.

Н. Контр.

Утв.

Машинные

интерфейсы

Лит. Листов

ИПТИ, ТГНГУ

6 Заключение

Современные цифровые приборы, как правило, объединяются иа основе

приборного интерфейса. При этом интерфейс должен обеспечивать

выполнение прибором тех функций, что выполняются при управлении

прибором оператором. Управление от интерфейса обеспечивает

максимальную скорость выдачи измерительной информации и формирует

ясную картину всех процессов. Интерфейс является главным звеном для

унифицированных систем сопряжения между устройствами участвующих в

обмене информацией, обеспечивает совместную работу устройств без

ухудшения их технических характеристик, простое и быстрое соединение

данного устройства с любым другим, имеющим аналогичный интерфейс.

Изм

Ли

ст

№ докум. Подпис

Дат

Лист

Расчетно-графическая работа

Разраб

С. А.

Пров.

Е. Н.

Н. Контр.

Утв.

Заключение

Лит. Листов