7. Приборный интерфейс (мэк)

3.7.1 Характеристика интерфейса

1. Характер управления - централизованный (1 уровень централизации).

2. Раздельная система шин: управляющих и информационных сигналов.

3. Организация системы шин - магистральная.

4. Порядок обмена: бит - параллельный, байт - последовательный.

5. Способ обмена - асинхронный.

6. Наличие функциональных блоков: наличие ФБИ, ФБП и ФБПИ.

7. Нерегламентированная конструкция. Это дает возможность использовать любые приборы.

8. Нет унификации и не регламентированы источники питания.

9. Тип ЭВМ-любой.

10. В системе могут быть объединены не более 15 приборов.

3.7.2 Пример объединения нескольких приборов приборным интерфейсом

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, времени измерения т.д.

3. Структура и назначение шин приборного интерфейса.

Структура и принцип действия интерфейса. На рис. 3.2 пока­ зана 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.

Организация системы шин приведена ниже

Рис. 3.2

Рассмотрим состав и назначение каждой из трех шин.

Шина данных (Data Bus) состоит из восьми линий, обозначае­мых DIO (Data input/output) с соответствующим номером линии, например DIO3, 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 (рис. 3.3,а) и последовательных байтов (рис. 3.3,6). 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. 3.2).

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. 3.2), обозначаемых DAV (Data valid) или СД (сопро­вождение данных), NRED (Not ready for data) или ГП (готов к приему) и NDAC (Not data accepted) 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 информа ции 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 линии NRFD (не готов к приему информации) устанавливается флаг го­товности только «слушающего» прибора; она является общей для всех принимающих приборов. Линия NDAC (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. 3.2). По ним переда ся 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, обозначаемой REN (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. Кодирование информации 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

1. Прием данных L (П) или расширенный (от нескольких ис­точников) прием данных LE (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.

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

1. 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.

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

3. 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).

Временная диаграмма режима "рукопожатия":

Режим "рукопожатие" - это режим асинхронного обмена информацией между ФБП и ФБИ.

Рассмотрим режим "рукопожатие" между прибором говорящим и слушающим, т.е. обмен между одним источником и одним приемником. В начальный момент времени отсутствуют подготовленные данные и ниодин из приборов не подготовлен к обмену информацией.

Стандарт работы:

1. На шине DIO данные не выставлены. При нормальной работе интерфейса на линии достоверности данных должен быть высокий уровень, т.к. данные еще не выставлены, и низкий уровень свидетельствовал бы о неисправности системы. На линиях "готов к приему" и "данные приняты" низкий уровень.

2. Приемники, т.е. слушающие приборы, начинают выбрасывать флаги готовности и, когда последний из приборов (самый медленнодействующий) выставит флаг готовности – на линии NRFD устанавливается высокий уровень, что свидетельствует о его готовности к приему информации.

3. Идет проверка на достоверность данных. Если данные достоверны, то на линии DAV устанавливается низкий уровень. Проверка проведена.

4. Приборы готовы к приему информации, данные – достоверны. Начинается прием информации приборами-приемниками и, одновременно с этим на NRED снимается флаг готовности.

5. Приемники, по мере окончания приема, выставляют флаги, свидетельствующие о том, что прием окончен и когда последний из них выставит флаг об окончании информации - на линии NDAC устанавливается высокий уровень

6. Нет необходимости на линии DAV (достоверность данных) держать низкий уровень, свидетельствующий о достоверности данных и на этой линии, выставляется высокий уровень.

7. На шине NDAC снимается флаг о принятии данных, и на линии DIО снимаются данные. Закончен прием первого байта информации. Для осуществления приема нового байта данных повторяют процедуру «рукопожатия».