4.6 Приборный интерфейс (мэк)

Характеристика интерфейса

Характер управления - централизованный (1 уровень централизации).

Раздельная система шин: управляющих и информационных сигналов.

Организация системы шин - магистральная.

Порядок обмена: бит - параллельный, байт - последовательный.

Способ обмена - асинхронный.

Наличие функциональных блоков: наличие ФБИ, ФБП и ФБПИ.

Нерегламентированная конструкция. Это дает возможность использовать любые приборы.

Нет унификации и не регламентированы источники питания.

Тип ЭВМ-любой.

В системе могут быть объединены не более 15 приборов.

Пример объединения нескольких приборов приборным интерфейсом

Рис. 4.9 Система с объединением ФБ с помощью приборного ИФ

Приведем структурную схему простейшей локальной ИВС (рис. 4.9), состоящей из микро-ЭВМ, работающей с периферийными устройствами (клавиатура Кл (1) для ввода информации и цифропечатное устройство (2)), быстродействующего цифропечатного устройства (8), датчиков (3), снимающих информацию с объекта исследования, коммутатора аналоговых сигналов с циклическим и адресным управлением (6), цифрового измерительного устройства (7). Микро-ЭВМ СР (4) в системе не только обрабатывает информацию, поступающую от объекта исследований, но и управляет работой системы. Интерфейсные устройства сопряжения ФБ с магистралью приборного ИФ объединены в единый блок (9).

Зарубежными фирмами выпускается относительно большое количество различных устройств, основанных на использовании приборного ИФ, а также ФБ с соответствующими устройствами сопряжения. К ним относятся измерительные системы для измерений напряжений, спектроанализаторы, цифровые дисплеи, генераторы сигналов и т.п. Заметим, однако, что эта продукция (по количеству наименований) в фирме НР занимает 10-20%.

По сравнению с последовательным приборный ИФ позволяет получать существенно большую скорость обмена информацией благодаря одновременной передаче как обозначения, так и содержания данных, адресной и командной информации, а также передаче информации по байтам. В то же время использование асинхронного обмена информацией позволяет объединить ФБ, имеющие различное быстродействие.

Имеется объект исследования, для исследования которого имеются приборы измерения, съема информации. Для реализации программы исследования информации все приборы оснащены интерфейсными узлами, которые через магистраль МЭК связаны с ЦВМ. Система содержит датчики для съема информации, коммутатор с блоком управления коммутатором. Программа для блока управления коммутатором задается ЦВМ и можно осуществлять не циклический, а выборочный сбор информации и в определенные моменты времени.

Кроме того, система имеет АЦП и дополнительное быстродействующее печатающее устройство.

Роль ЦВМ в данной системе заключается не только в сборе и обработке информации, но и в управлении системой, т.е. в задании определенного диапазона измерения, времениизмерения т.д.

Назначение шин приборного интерфейса.

Структура и принцип действия интерфейса. На рис. 4.10 пока­зана схема интерфейса. Он представляет собой шестнадцатилинейную двунаправленную пассивную систему связи, называемую ма­гистралью (каналом общего пользования—КОП), к которой мож­но подключить параллельно до 15 приборов (и в том числе конт­роллер). Функционально линии, образующие магистраль, группи­руются в три шины: данных, согласования передачи и общего уп­равления.

Конструктивно интерфейс состоит из кабеля, разъемов и печат­ных плат. Функция кабеля заключается в параллельном соедине­нии всех устройств между собой. Оно осуществляется таким об­разом, что данные от конкретного устройства могут передаваться либо одному, либо нескольким другим устройствам, входящим в систему. Печатные платы, с помощью которых производится об­мен информацией, называются интерфейсными картами (ИКАР). В последнее время их выпускают также в виде БИС.В интерфейсе используется инверсная логика.

Организация системы шин приведена ниже

Рис. 4.10 Организация системы шин

Рассмотрим состав и назначение каждой из трех шин.

Шина данных (Data Bus)состоит из восьми линий, обозначае­мыхDIO(Datainput/output) с соответствующим номером линии, напримерDIO3, или ЛД (линия данных) — соответственно ЛДЗ.По этим линиям осуществляется обмен информацией бит-параллельным, байт-последовательным способом. Иначе говоря, по вось­ми линиям передаются данные в форме параллельных би­тов и последовательных байтов. Шина данных служит для передачи (приема) основных данных результатов измерений, адресных, программных, управляющих данных и данных состояний.

Обмен информацией может происходить между передающими («говорящими») приборами, принимающими («слушающими») приборами или между контроллером и подчиненными приборами. По характеру взаимодействия модулей с шиной стандарт разделя­ет их на четыре группы: устройство-контроллер, устройство пере­дающее и принимающее, устройство только передающее, устрой­ство только принимающее (рис. 4.7.2).

Каждое устройство, имеющееся в составе системы (измеритель­ный прибор, контроллер, вспомогательный модуль), должно вы­полнять, по крайней мере, одну из функций: быть «говорящим», «слушающим» или управляющим. Данные от «говорящего» устрой­ства передаются через шину к другим устройствам, например к «слушающему» устройству, принимающему информацию «говоря­щего». Некоторые устройства могут выполнять обе функции, как, например, программируемый мультиметр, который принимает уп­равляющие команды, как «слушающий» прибор, и передает резуль­таты измерений (данные) в качестве «говорящего» прибора. Осо­бенность интерфейсной шины такова, что одновременно может ра­ботать несколько «слушающих» приборов, но только один — «гово­рящий».

Назначение управляющего устройства — контроллера — органи­зация взаимодействия модулей системы. Команды контроллера «указывают» адрес модуля, какой модуль должен передавать дан­ные, а какой — принимать, а также характер и последовательность выполнения других операций. Вычислительный контроллер, кото­рый строится на основе микропроцессора, выполняет следующие функции: определяет программу измерений, задает согласно ей ви­ды измерений определенным приборам, управляет процедурой измерений, интерпретирует их результаты. В составе измерительной системы, объединяемой интерфейсом, может быть устройство, спо­собное и «говорить», и « слушать», и управлять. Таким устройством является микро-ЭВМ.

Итак, линии DIO (1 ... 8) или ЛД (1 ... 8)—линии ввода-выво­да данных, образующие шину данных, — служат для передачи ин­формации, представляющей собой цифровые данные, адреса моду­лей и многолинейные универсальные команды.

Шина согласования передачи (Data byte transfer control bus),которую иначе называют шиной синхронизации, объединяет три линии (рис. 4.10), обозначаемыхDAV(Datavalid) или СД (сопро­вождение данных),NRED(Notreadyfordata) или ГП (готов к приему) иNDAC(Notdataaccepted) или ДП (данные приняты).По этим линиям передаются сигналы согласования, подтверждаю­щие соответствие состояний приборов, что необходимо для обмена информацией, т. е. управления передачей каждого байта информации по шине данных от контроллера или «говорящего» прибора к одному или нескольким «слушающим» приборам. Эти сигналы иногда называют квитирующими (от слова квитанция).

Важной характеристикой интерфейса является вид обмена дан­ными между модулями: синхронный или асинхронный. Первый вид позволяет получить высокую скорость обмена, если все модули, объединяемые интерфейсом, имеют примерно одинаковое быстро­действие (это условие редко выполнимо). Интерфейс МЭК рассчи­тан на асинхронный обмен информацией.

Для асинхронного обмена основополагающей является процедура установления соответствия. Она предполагает управляемую передачу сигналов, подтверждающих взаимное соответствие со­стояний приборов, участвующих в информационном объеме (метод квитирования). Возможны два варианта организации указанной процедуры. Сущность первого варианта заключается в следующем: когда завершена подготовка данных для передачи, «говорящий» прибор устанавливает флаг (сигнал готовности данных)и ждет готовности «слушающего» прибора, который должен принять эти данные. При втором варианте первоначально устанавливает флаг «слушающий» прибор, что свидетельствует о его готовности при­нять сообщение и ожидании готовности «говорящего» прибора к передаче. В интерфейсе МЭК принят второй вариант установления соответствия.

Названия линий, образующих шину согласования передачи, оп­ределяются передаваемыми по ним сигналами. Линия DAV(до­стоверность информации) служит для сигнала, указывающего на наличие, достоверность информации на шине данных, или, иначе, для установления флага только «говорящего» прибора. По линииNRFD(не готов к приему информации) устанавливается флаг го­товности только «слушающего» прибора; она является общей для всех принимающих приборов. ЛинияNDAC(информация не принята) предназначена для передачи сигнала-квитации «слушающих» приборов: наличие низкого уровня напряжения на ней свидетельст вует, что самый медленно действующий из «слушающих» приборов еще не принял информации.

Шина общего управления (General interface management attention)состоит из пяти линий (см. рис. 4.10). По ним передаются управляющие сигналы, которые циркулируют между контроллером и другими приборами, подключенными к интерфейсу. Кратко охарактеризуем функцию каждой линии.

Линия, обозначаемая ATN (Attention — внимание)или УП (управление), отведена для команды, посылаемой контроллером. Наличие такой команды (низкий уровень напряжения на линии) определяет, что все остальные устройства переходят в режим ожидания и только контроллер является «говорящим» прибором. При. этом по шине данных передаются адреса или универсальные многолинейные команды. Когда на линии устанавливается высоки уровень напряжения, то «говорят» или «слушают» те приборы, адреса которых были переданы за время противоположного состояния линии.

По линии, обозначаемой IFC (Interface clear — очистка интер­фейса)или ОИ передается сигнал контроллера, приводящий схе­му интерфейса и все приборы в начальное состояние. Эта коман­да, используемая при запуске интерфейса и устанавливающая низкий уровень напряжения в линии, прекращает передачи инфор­мации по шине данных.

Линия, обозначаемая SRQ (Service request — запрос на обслу­живание)или 30, является общей для всех приборов и переходит в состояние, характеризуемое низким уровнем напряжения, когда какой-либо из приборов, подключенных к интерфейсу, посылает в контроллер сигнал запроса на обслуживание, т. е. «требует» прерывания текущего обмена в магистрали и приоритетного обслужи­вания данного прибора контроллером. Назначение линии, обозначаемойREN (Remote enable — разре­шено дистанционное управление)или ДУ (дистанционное управление),—передача контроллером сигналов программного управ­ления приборами. Когда по команде в линии устанавливается низ­кий уровень напряжения, приборы переключаются с «местного» управления (с передней панели) на дистанционное.

Линия, обозначаемая EOI (End of identify—конец обработки, конец идентификации)или КП (конец передачи), служит для по­сылки команды, указывающей окончание передачи сообщений по шине данных. Низкий уровень напряжения, устанавливающийся на линии синхронно с передачей последнего байта данных, сигна­лизирует: о том, что данных больше нет. Если низкий уровень на­пряжения устанавливается контроллером при параллельном опросе, то конец передачи интерпретируются как идентификация.

Интерфейсные функции приборов.

Каждому прибору, который входит в состав системы, объединенной интерфейсом, присущи три вида функций: приборные, кодирования информации и интерфейсные.Приборные функции—это вид параметров, измеряемых данным прибором, диапазон измерений, режим работы прибора и т. п. Они задаются 'разработчиком, который учитывает вопросы сопряжения я выбирает сигналы из номенклатуры интерфейса.Кодированиеинформации выполняется в соответствии с регламентированными кодами и форматами [9]. Третий вид функций рассматривается ниже более подробно.

Интерфейсные функции— это совокупность типовых операций, выполняемых при обмене данными в системе, организованной интерфейсом. Каждая интерфейсная функция, осуществленная в при­боре, позволяет ему принимать, передавать сообщения или выполнять определенную обработку их. Взаимодействие соединенных шин приборов достигается в результате выполнения десяти интерфейсных функций, пять из которых относят к основным, а еще память — к дополнительным. Раскроем сущность интерфейсных функ­ций, указав их символические обозначения.

Основные фуккции:

Прием данных L(П) или расширенный (от нескольких ис­точников) прием данныхLE(ПР). Эта функция позволяет прибору получить данные, переданные через интерфейс другим прибо­ром. Такая возможность осуществляется тогда, когда контроллер или местный входной сигнал «только прием» (получаемый с перед­ней панели) задают интерфейсную функцию приема.

Согласование прибора-приемника АН (СП) —функция кви­тированного обмена со «слушающим» прибором, гарантирующая правильный прием информации.

Передача информации источником Т (И) или расширенная передача ТЕ (ИР) — функция, позволяющая «говорящему» прибо­ру передавать через интерфейс формируемые им данные другим приборам, подключенным к интерфейсу. Подобная возможность осуществима тогда, когда контроллер или местный входной сигнал «только передача» задают интерфейсную функцию передачи.

Согласование прибора-передатчика SH(СИ) — функция кви­тированного обмена с «говорящим» прибором, гарантирующая пра­вильную передачу информации.

Контроллер С (К) —функция, дающая возможность прибо­ру передавать другим приборам, подключенным к интерфейсу, ад­реса и универсальные команды (если в системе с интерфейсом не­ сколько устройств имеют функцию С (К), то все они, за исклю­чением одного, называемого действующим контроллером, должны находиться в состоянии «холостой ход контроллера»).

Дополнительные функции

1. SR- запрос на обслуживание – функция, которая позволяет прибору запрашивать у контроллера операции по обслуживанию (например, опрос).

2. RL– дистанционное и местное управление - функция, создающая для данного прибора возможность получать программирующую информацию либо с его передней панели (местное управление), либо от интерфейса (дистанционное управление).

3. РР - параллельный опрос – функция, позволяющая прибору выдавать ответную информацию при параллельном опросе в контроллер без предварительной команды «передача информации».

4. DC– очистка прибора – функция установки прибора в исходное состояние.

5. DL– запуск прибора – функция, создающая возможность контроллеру выдавать прибору команду начала работы (основной или запрограммированной).

Режим «рукопожатия»

На рис. 4.11. показана временная последовательностъ сигналов в шине согласования и управления передачей байтов по шинеDIO для одного источника и нескольких приемников, а на рис . 4.12 -алгоритм работы источника и приемника.

Рис. 4.11. Временная последовательность сигналов в шине согласования и управления

1 – источник устанавливает DAVв «0» (высокий электрический уровень – данные не действительны);

2 – приемники устанавливают NRFDиNDACв «1» (низкий электрический уровень – ничего не принято, никто не готов);

3 – источник проверяет состояние NRFDиNDACипоскольку они в "1", выставляет байт данных на шинуDIO;

4 - источники задерживают подтверждение; действительности дан­ных, давая им время поступить во все приемники (установка данных);

5 - все приемники указали на готовность к. приему данных;

6 - после приема сигнала RED- готовы к приему (NRFD- в "0") источник устанавливаетDAV в "1" для подтверждения установки данных на шинеDIO и их действительности;

7— самый быстрый приемник в свою очереди переводит NRFDвновь в «1» (гасит сигналNRFD, что означает неготовность к приему) и начинает принимать данные, остальные со своим быстродействием действуют аналогично;

8 - самый быстрый приемник выдает сигнал NDAC в виде высокого электрического уровня ("0"), показывая, что он принял данные, одна ко линияNDAC находится под низким электрическим потенциалом, так как другие приемники еще не приняли данные и выдают сигналNDAC в виде низкого электрического уровня;

9 - самый медленный приемник устанавливает линюNDACв «0», показывая, что все приемники приняли данные;

10 - источник, приняв информацию, что NDAC находится в «0», устанавливаетDAV в "0", что указывает приемникам на то, что данные на шинеDIO не действительны;

11 - источник выдает следующий байт данных на шину DIO ;

12 - источник задерживает подтверждение действительности новых данных, давая им установиться на шине DIO;

13- самый быстрый приемник, увидев, что DAV находится в «0», устанавливаетNDAC в «1» для подготовки к следующему циклу;

14 - самый быстрый приемник показывает готовность к приему нового байта, устанавливая NRFD в «0», но линияNRFD находится в состоянии «1», поскольку ее удерживают в этом состоянии другие приемники, еще не готовые к приему нового байта;

15 - после того, как самый медленный приемник подготовлен к приему, линия NRFD переходит в состояние «0» (высокий электрический уровень);

16 – источник, получив информацию о том, что NRFDв «0», ус­танавливаетDAV в «1», показывая, что данные, вновь установленные на шинеDIO, действительны;

17 - самый быстрый приемник переводит линию NRFD в «1» и принимает данные;

18,19,20 – соответствует позициям 8,9, 10;

21 – источник снимает байт данных с шины DIO(конец передачи) и после установкиDAVв «0»;

22 – приемник, в свою очередь, переводит NDACв «1» для подготовки к следующему циклу;

А – время, в течение которого контроллер может прервать передачу данных (установка АTNв «1») без потери байта данных в данном процессе передачи.

`

4.12

98