Локальные системы автоматики

Второй из указанных шагов может выполняться несколькими способами: прерывание с опросом и прерывание по вектору. При наличии только одного устройства прерывания второй шаг не нужен. В первом случае при помощи программных средств осуществляется последовательный опрос ВУ, пока не обнаружится то, которое запрашивает прерывание. Приоритет обслуживания внешнего устройства определяется его местом в последовательности опроса. В системах с большим количеством внешних устройств время, затрачиваемое на выполнение программы опроса, может быть значительным. Прерывание по вектору позволяет значительно уменьшить время реакции системы на запрос прерывания за счет аппаратной реализации перехода к прерывающей программе.

Третий шаг выполняется с помощью обычных команд ввода-вывода и обработки информации.

Последний шаг, возобновляющий прерванную программу, во многих процессорах выполняется автоматически. Из стека выбираются прежние значения СК и РСП, и таким образом осуществляется передача управления обратно в прерванную программу.

Схема интерфейса обмена данными с прерыванием программы по существу состоит из тех же компонентов, что и интерфейс условного обмена данными /рис.4.7 /. Вместе с тем, регистр состояния интерфейса кроме триггера флага готовности ВУ должен содержать еще триггер разрешения прерывания. Выходные сигналы обоих триггеров объединяются с помощью логической схемы "И", а выход ее соединяется с линией "запрос прерывания" на ШУ.

Для реализации обмена данными с прерыванием необходимо программным путем записать единицу в триггер разрешения прерывания регистра состояния интерфейса. Триггер флага готовности ВУ может быть установлен в единицу только сигналом по линии "Готов" от ВУ. Сброс обоих триггеров можно осуществлять программным путем, устанавливая триггер разрешения прерывания в нуль, программа может запрещать или "маскировать" прерывания.

Если указанные разряды РСИ находятся в единичном состоянии, то на шину управления ОМК поступает сигнал "Запрос прерывания". Процессор заканчивает выполнение очередной команды основной программы и приступает к обработке запроса на прерывание.

К одной линии "Запрос прерывания" может быть подключено параллельно несколько ВУ. В случае прерывания с опросом для идентификации устройства, требующего прерывания, процессор может в определенной последовательности прочитать информацию из РСИ каждого ВУ. Обнаружив ВУ, имеющее единицы в соответствующих разрядах РСИ, процессор передает управление программе для его обслуживания.

Для реализации прерывания по вектору интерфейс ВУ должен содержать схемы учета приоритетов и формирователя адреса вектора прерывания.

Общепринятый способ аппаратной реализации учета приоритетов представлен на рис.4.8 . Интерфейсы всех ВУ присоединены параллельно к, линии " Запрос прерывания" ШУ ЭВМ и последовательно к линии "Разрешения прерывания". Сигнал "Разрешение прерывания" поступает только на первое внешнее устройство. Если ВУ /I/ не требовало прерывания, оно пропускает сигнал "Разрешение прерывания" к следующему устройству и т.д. Первое устройство в цепи, которое посылало сигнал "Запрос прерывания", поглотит сигнал "Разрешение прерывания" и выдаст на ШД адрес вектора прерывания. Процессор использует адрес вектора прерывания для выбора программы обслуживания ВУ.

Адрес вектора прерывания представляет собой обычное слово данных /чаще всего 8-битовое/, которое поступает на шину данных ЭВМ с формирователя адреса вектора прерывания интерфейса ВУ. В различных ЭВМ может быть различное число линий"3апрос прерывания", "Разрешение прерывания" и, следовательно, несколько приоритетных уровней прерываний.

При получении запроса по одной из линий процессор сравнивает приоритет линий с приритетом процессора , указанным в регистре состояния процессора ,и если приопитет линии выше, выдает сигнал по соответствующей линии “Разрешение прерывания “. При равенстве приоритетов линии “Запрос прерывания “ и процессора прерывания не происходит.

В обоих способах обработки прерывания пользователь имеет возможность присвоить каждому ВУ свой приоритет обслуживания.

При присвоении приоритетов следует учитывать следующие обстоятельства:

- быстродействующим устройствам присваивается наивысший приоритет обслуживания;

- наивысший приоритет обслуживания присваивается также тем устройствам , данные от которых не могут быть восстановлены.

Программа обслуживания внешнего устройства в свою очередь может прерваться запросом от ВУ с более высоким приоритетом. Если такое прерывание происходит, то текущее состояние процессора вводится в стек и инициируется новая программа обслуживания ВУ. Подобное накапливание приоритетных прерываний может продолжаться до уровня , определяемого объемом памяти, отведенной под стек.

4.7 Приборный интерфейс (МЭК)

4.7.1 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.

4.7.2 Пример объединения нескольких приборов приборным интерфейсом

Рис. 4.17 «Система с объединением ФБ с помощью приборного ИФ»

Приведем структурную схему простейшей локальной ИВС (рис. 4.3), 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, поступающцю 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, времени измерения т.д.

4.7.3 назначение шин приборного интерфейса

Структура и принцип действия интерфейса. На рис. 4.18 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. 4.18 «Организация системы шин»

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 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. 4.18).

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. 4.18), 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. 4.18). 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.

4.7.4 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 функции:

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.

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).

4.7.5 Режим «рукопожатия»

На рис. 4.19. показана временная последовательностъ сигналов в шине согласования и управления передачей байтов по шине DIO для одного источшша и нескольких приемников, а на рис . П.2 -алгоритм работы источника и приемника.

Рис. 4.19. Временная последовательность сигналов в шине согласования и управления

1 - источник устанавливает DAV в «0» (высокий электрический уровень - данные не действительны);

2 - приемники устанавливают NRFD и NDAC в «1» (низкий электрический уровень - ничего не принято, никто не готов);

3 - источник проверяет состояние NRFD и NDAC и поскольку они в "1", выставляет байт данных на шину DIO;

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

- все приемники указали на готовность к. приему данных;

- после приема сигнала RED - готовы к приему ( NRFD- в "0") источник устанавливает DAV в "1" для подтверждения установки данных на шине DIO и их действительности;

7 - самый быстрый приемник в свою очереди переводит NRFD вновь в «1» (гасит сигнал NRFD, 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 линия NDAC находится под низким электрическим потенциалом, так как другие приемники еще не приняли данные и выдают сигнал NDAC в виде низкого электрического уровня;

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

10 - источник, приняв информацию, что NDAC находится в «0», устанавливает DAV в "0", что указывает приемникам на то, что данные на шине DIO 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», устанавливает NDAC в «1» для подготовки к следующему циклу;

14 - самый быстрый приемник показывает готовность к приему нового байта, устанавливая NRFD в «0», но линия NRFD 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 NRFD в «0», устанавливает DAV в «1», показывая, что данные, вновь установленные на шине DIO, 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 установки DAV в «0»;

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

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

`

Размещено на Allbest.ru