Типы интерфейсов измерительных систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Типы интерфейсов измерительных систем

По принципу обмена информацией интерфейсы делятся на:

Параллельные - имеют шины (совокупность линий передачи бинарных кодов), которые передают целое слово цифровых данных сразу. Быстродействующие, но неэкономичны, громоздки и имеют низкую помехозащищенность.

Последовательные - передают цифровую информацию побитно, пакетами и сравнительно с параллельными - медленно. Применяют при передаче на большие расстояния, там, где требуются простые, экономичные системы с высокой помехоустойчивостью.

Параллельно-последовательные - комбинация из двух первых типов. Применяют реже. Сочетают более высокое быстродействие и относительную простоту. По способу передачи информации интерфейсы делят на синхронные и асинхронные. Первый тип интерфейсов передают информацию в такт со специальными синхросигналами (которые надо передавать отдельно), при этом все модули работают с одинаковой скоростью. Асинхронные протоколы предполагают квитирование передачи - передатчик ожидает подтверждения приема. В таких системах можно использовать модули с различным быстродействием. По режиму обмена информацией могут быть интерфейсы, в которых передача может идти одновременно в обе стороны, (любой модуль может передавать информацию по интерфейсу в произвольный момент времени) - такие системы называют дуплексными. Если в интерфейсе возможна в данный момент времени передача только от одного из модулей - такие системы называют симплексными. Полудуплексный режим предполагает, что любой из модулей может начать работу, если интерфейс свободен. Мультиплексный режим работы - в каждый момент времени связь может быть между любой парой модулей в системе (в магистральном интерфейсе, например). Конструктивно интерфейс может включать в себя линии данных, адресные линии, линии управления и синхронизации и пр. Кроме этого, в состав интерфейса входят активные и пассивные согласующие устройства и блоки.

2. Структуры интерфейсов измерительных систем

В настоящее время используются следующие структуры интерфейсов: одноступенчатые, двухступенчатые и трехступенчатые возможными вариантами исполнения: цепочечная, радиальная, магистральная, радиально-магистральная, каждая из которых может быть с централизованным или децентрализованным управлением (рис. 1).

Рис. 1. Основные структуры интерфейсов:

а -- цепочечная; б -- радиальная; в -- магистральная; г -- радиально-магистральная

Обмен информацией может быть осуществлен синхронным и асинхронным методами.

Синхронный метод передачи и приема сигналов производится в фиксированные моменты времени. Темп обмена информацией при асинхронном методе определяется сигналом квитирования. Этот метод особенно эффективен при обмене информацией с различным быстродействием функциональных блоков.

В ИИС используются следующие основные интерфейсы: КОП КАМАК, PDP-11, (общая шина), RS-232C, RS-422, RS-423, RS-485, а также системные интерфейсы 8, 16, 32-разрядных микро ЭВМ.

Приборный интерфейс предназначен для взаимодействия программируемых и непрограммируемых приборов и построения на их основе измерительных информационных систем. Соединение приборов осуществляется через многопроходный магистральный канал общего пользования (КОП, зарубежный аналог IEEE-488' длиной не более 20 м. Число приборов, подключаемых к магистрали, не должно превышать 15. Обмен информацией между приборами происходит под управлением контроллера. Всего регламентируется 10 интерфейсных функций. Каждая функция позволяет прибору выполнять прием, передачу и определенную обработку сообщений. Функции могут быть реализованы как аппаратно, так и программно. Приборный интерфейс представлен на рис. 2.

Рис. 2. Приборный интерфейс:

К -- коммутатор; АЦП -- аналого-цифровой преобразователь; ЦПУ -- цифропечатающее устройство; ИКАР -- интерфейсные карты

Интерфейс КАМАК. Он применяется для разветвленных систем сбора информации с большим числом первичных преобразователей и предоставляет возможность построения ИИС с двумя уровнями централизации.

Основными конструктивными элементами являются крейт модуль, стойка.

Крейт (каркас) имеет 25 станций (ячеек), в которые вставляются модули (вставные кассеты). Из них 23 станции рабочие, они служат для включения модулей, 24-я и 25-я станции отводятся для контроллера крейта (КК).

Функциональные блоки (ФБ) могут занимать произвольное расположение, так как адрес каждому ФБ присваивается после его установки в крейт.

Структурная схема системы в стандарте КАМАК представлена на рис. 3.

Рис. 3. Структурная схема системы в стандарте КАМАК

Магистраль крейта состоит из 81 сквозной шины, проходящей через все модули, и двух индивидуальных шин связи каждого управляемого модуля с контроллером крейта. Внутри крейтовые связи образуют горизонтальный интерфейс системы КАМАК (Dataway). Крейты связываются между собой и с центральной ЭВМ верхнего уровня. Меж крейтовые связи проходят через контроллеры крейтов и строятся по принципам ветви (до семи крейтов вертикальный) или замкнутого кольца. Эти связи образуют интерфейс системы КАМАК (Branch highway). Структура КАМАК, таким образом, пирамидальная и включает в себя 2...4 уровня: верхний уровень -- ЭВМ; второй -- контроллеры ветвей; третий -- контроллеры крейтов; четвертый -- управляемые модули.

Одно крейтовые системы двухуровневые.

Основной принцип, заложенный в системе КАМАК, -- принцип использования центральной ЭВМ. Направления протоколов команд и информации жестко связаны.

Для защиты от помех используются экранирование, заземление, согласование характеристик линий связи, а также контроль по четности и повторение передачи кодов.

Основной недостаток системы -- большая аппаратурная избыточность и наличие сложной системной части практически в каждом модуле, большая стоимость интерфейса и всей системы в целом. Поэтому стандарт КАМАК следует использовать только в сложных ИИС.

Последовательные интерфейсы периферийных устройств. Ими могут служить интерфейсы RS-232C, RS-423, RS-422, RS- 485. Основные параметры этих интерфейсов представлены в табл.1. В основе интерфейсов RS-232C, RS-422 лежит однопроводная несогласованная линия (рис. 4),

Рис. 4. Схемы однопроводной несогласованной (а) и симметричных дифференциальных последовательных линий связи с симплексным (б) и полудуплексным (в) режимами передачи информации по которой информация передается двуполярными посылками со скоростью до 20 Кбод (RS-232C) и 300 Кбод (RS-423) при длине линии не более 15 и 600 м соответственно.

В однопроводной линии для передачи сигнала используется один провод, напряжение на котором сравнивается в приемнике с напряжением линии «Общая земля», общей для всех прочих сигнальных проводников. Этот способ построения линии наиболее прост, но имеет существенный недостаток: на информационный сигнал накладываются помехи в линии. Так как помехи в линии пропорциональны длине линии связи и ширине полосы рабочих частот, то в интерфейсах RS-232C и RS-423 наложены ограничения на оба параметра (см. табл.1).

Например, в интерфейсе RS-423 при скорости передачи информации 3 Кбод длина линии может достигать 1200 м, а при скорости 300 Кбод -- всего лишь 12 м. Кроме того, для уменьшения взаимных помех скорость нарастания фронтов передаваемых сигналов ограничивается до 30 В/мкс.

Интерфейс RS-422 распространяется на симметричные дифференциальные линии (витая пара, радиочастотный кабель), обладающие более высокими характеристиками, чем однопроводные линии. В частности, по линии интерфейса RS-422 возможна передача информации со скоростью до 100 Кбод на расстояние до 1200 м и со скоростью 10 Мбод на расстояние до 12 м. Дифференциальный режим (рис.4, б) достигается применением дифференциального передатчика, согласованной линии связи (в виде витой пары или радиочастотного кабеля) и дифференциального приемника. Сигнал передатчика появляется на входе приемника в виде разностного напряжения, тогда как помехи в линии остаются синфазными. Благодаря этому дифференциальный приемник с достаточным диапазоном подавления синфазной составляющей может отличать сигнал от помехи. К тому же интерфейс RS-422 позволяет наряду с симплексным режимом передачи (см. рис. 4, б) организовать полудуплексный режим передачи (рис. 4, в) и мультиплексный режим последовательной передачи информации.

В последнем случае, применяемом для связи между периферийными устройствами микропроцессорных систем, для передачи информации в одном направлении используются две дифференциальные симметричные линии связи, например витые пары. В исходящем направлении включены один передатчик и п приемников. Такой режим позволяет обслуживать до 12 абонентов. Основные трудности заключаются в обеспечении хорошего заземления системы.

Интерфейс «Общая шина». Он разработан для связи центрального процессора семейства IBM, где используется магистральная система шин с раздельными объединенными шинами для адресных сигналов и данных, а также с отдельной шиной для сигналов управления (рис. 5).

Рис. 5. Структурная схема интерфейса «Общая шина»

параллельный последовательный измерительный интерфейс

К каналу обмена информацией между отдельными функциональными блоками ЭВМ можно подключать дополнительные блоки памяти и различные устройства ввода-вывода. Такое расширение возможностей ЭВМ позволяет использовать его в ИИС, АСУТП и строить на ее базе ИВК.

Обмен информацией между функциональными блоками происходит асинхронно по каналу, который представляет собой магистраль, состоящую из 38 линий.

Размещено на Allbest.ru