К недостаткам радиальной структуры можно отнести большую длину соединительных линий, а также сложность контроллера, что приводит к увеличению стоимости ИИС.
Радиальную структуру целесообразно использовать для связи центральной ЭВМ с ИК и базирующим устройством. При этом функции контроллера может выполнять сама центральная ЭВМ. Для организации связей внутри ИК, как уже отмечалось, целесообразно использовать цепочечную структуру, которая отражает последовательную функциональную структуру ИК.
В системах с магистральной структурой вместо группы индивидуальных шин имеются коллективные шины, к которым подсоединяются все источники и приемники информации и контроллер. Такой интерфейс может быть использован в локально сосредоточенных ИИС для связи ИК с центральной ЭВМ.
По принципу обмена информацией интерфейсы подразделяют на параллельные, последовательные и параллельно-последовательные. При параллельной передаче цифровых данных каждый бит передаваемого численного значения транслируют по отдельной информационной линии. Это сообщение одновременно и полностью может быть введено в интерфейс, а также воспринято приемником. Интерфейсные устройства параллельного ввода-вывода информации позволяют согласовать во времени процесс обмена данными между ЭВМ и периферийным устройством. При последовательной передаче все биты передаются по одной информационной линии в разные интервалы времени. При параллельно-последовательной передаче передаваемое число разбивается на части (обычно байты), которые передаются последовательно, а каждая часть передается параллельно.
Основными характеристиками интерфейса являются:
функциональное назначение;
номенклатура шин и сигналов;
общее количество линий;
количество линий для передачи данных;
количество адресов;
количество команд;
быстродействие;
длина линий связи;
число подключаемых устройств;
тип линий связи.
Основные функции интерфейса заключаются в обеспечении информационной, электрической и конструктивной совместимости между функциональными элементами системы. Информационная совместимость - это согласованность взаимодействий функциональных элементов системы в соответствии с совокупностью логических условий. Эти условия определяют функциональную и структурную организацию интерфейса и для большинства интерфейсов стандартизируются. Условия информационной совместимости определяют объем и сложность схемотехнического оборудования и программного обеспечения, а также основные технико-экономические показатели, пропускную способность и надежность интерфейса.
Электрическая совместимость - это согласованность статических и динамических параметров передаваемых электрических сигналов в системе шин, с учетом используемой логики и нагрузочной способности элементов. Условия электрической совместимости определяют:
тип приемопередающих элементов;
соотношение между логическим и электрическим состояниями сигналов и пределы их изменения;
коэффициенты нагрузочной способности приемопередающих элементов (число внешних устройств, которое можно к ним подключить);
схему согласования линии;
допускаемую длину линии и порядок подключения линий к разъемам;
требования к источникам и цепям электрического питания, к помехоустойчивости и заземлению.
Условия конструктивной совместимости определяют типы соединительных элементов (разъем, штекер); распределение сигналов интерфейса по контактам соединительных элементов; типы конструкции платы, каркаса, стойки; конструкции кабельного соединения.
Выполнение информационных, электрических и конструктивных условий совместимости необходимо, но не достаточно для взаимного сопряжения устройств и обмена данными между ними. Эти устройства должны выполнять определенную последовательность операций, связанных с обменом информацией: распознавать адрес сообщения, подключаться к линиям интерфейса, передавать сообщение в интерфейс, принимать его из интерфейса и др.
Основные функции интерфейса, которые необходимо реализовать для обеспечения информационной совместимости, определяются функциональной организацией интерфейса. На канал управления возложены функции селекции информационного канала, синхронизации обмена информацией, координации взаимодействия, а на информационный канал возлагаются функции буферного хранения информации, преобразования формы представления информации и др.
Селекция (арбитраж) информационного канала обеспечивает однозначность выполнения процессов взаимодействия сопрягаемых элементов системы. Селекция включает в себя следующие операции: инициирование запроса, выделение приоритетного запроса, идентификация запроса.
Функция синхронизации определяет временное согласование процессов взаимодействия между устройствами системы.
Функция координации определяет совокупность процедур по организации и контролю процессов взаимодействия устройств системы. Основными операциями координации являются настройка на взаимодействие, контроль взаимодействия, передача функций управления (настройки).
Повышение надежности достигается резервированием управления (при отключении питания или отказе интерфейсного модуля, выполняющего функции управления интерфейсом).
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 являются прием и выдача информации (данных, состояния, команд, адресов) регистрами входящих в системы устройств.
Основные процедуры функции преобразования следующие: преобразование последовательного кода в параллельный и наоборот; перекодирование информации; дешифрация команд, адресов; логические действия над содержимым регистра состояния.
Более подробная информация об интерфейсах и описание конкретных интерфейсов в [20, 28].
В автоматизированных СИ, в том числе в ИИС, применяются две группы интерфейсов: приборные и машинные.
Проектирование ИИС на основе модульного принципа построения привело к необходимости регламентировать основные требования к совместимости этих блоков. Реализация принципов программного управления работой ИИС на рубеже 1960-1970-х годов привела к разработке приборных интерфейсов. Являясь частным случаем рассмотренных выше интерфейсов, они отражают специфику сопряжения стандартных СИ, устройств ввода-вывода и управляющих устройств.
Принцип работы приборного интерфейса следующий. При передаче информации от источника к приемнику работа обоих приборов координируется сигналами по линиям шины синхронизации. При этом цикл передачи включает четыре фазы:
1) источник выставляет информационный байт;
2) источник выставляет сигналы на шине синхронизации;
3) приемник принимает информацию;
4) приемник подготавливается к приему нового байта информации.
Схемы интерфейса программно-управляемых приборов выполняются в двух вариантах:
1) реализованные и конструктивно оформленные 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;
2) отдельные интерфейсные модули, подключаемые к серийно выпускаемым или находящимся в обращении цифровым приборам и устройствам; эти модули по существу являются адаптерами, то есть переходными устройствами между выходом прибора и стандартным входом в магистраль приборного интерфейса.
Приборный интерфейс широко применяется как отечественной промышленностью, 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. Уже несколько десятилетий применяются приборные интерфейсы КАМАК и канал общего пользования (КОП), называемый IEEE-488, НР-488, GPIB, IEC-625.1 или МЭК-625.1.
Машинные (или системные) интерфейсы предназначены для объединения составных блоков ЭВМ в единую систему. Тенденция развития машинных интерфейсов вызвана необходимостью значительного увеличения доли 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 необходимость их работы 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.
Широко известными примерами машинных интерфейсов являются последовательный интерфейс RS-232, параллельные интерфейсы RS-422 и RS-485, более современные SCSI, ISA, VLB, PCI, AGP, USB и др.
Машинные интерфейсы могут использоваться в тех случаях, когда отдельные блоки ИИС размещены непосредственно в системном блоке ЭВМ, что имеет место в первую очередь для локальных ИИС, а также в том случае, если АЦП, работающий в мультиплексном режиме, и коммутатор размещены в ЭВМ, а информация с ИК поступает в виде аналоговых сигналов.
Разработчик ИИС в основном выбирает приборные интерфейсы, обеспечивающие информационный обмен различных технических средств ИИС. Машинный интерфейс ПК заложен в его конструкцию. При разработке специализированного вычислительного устройства разработчик ИИС может повлиять на выбор машинного интерфейса.
В процессе выполнения контрольной работы мы ознакомились с общими понятиями каналов связи и интерфейсами информационных измерительных систем.
1. Автоматизация физических исследований и эксперимента: компьютерные измерения и виртуальные приборы на основе Lab VIEW / под ред. П.А. Бутыркина. - М.: ДМК-Пресс, 2005. - 264 с.
2. Анисимов Б.В., Голубкин В.Н. Аналоговые и гибридные вычислительные машины. - М.: Высшая школа, 1990., - 289 с.
3. Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин. - М.: Дрофа, 2005. - 415 с.
4. Ацюковский В.А. Основы организации системы цифровых связей в сложных информационно-измерительных комплексах. - М.: Энергоатомиздат, 2001. - 97 с.
5. Барский А.Б. Нейронные сети. Распознавание, управление, принятие решений. - М.: Финансы и статистика, 2004. - 176 с.
6. Батоврин В., Бессонов А., Мошкин В. Lab VIEW: Практикум по электронике и микропроцессорной технике. - М.: ДМК-Пресс, 2005 - 182 с.
7. Вентцелъ Е. С, Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. - М.: Высшая школа, 2007. - 491 с.
8. Волкова В.Н., Денисов А.А. Теория систем. - М.: Высшая школа, 2006. - 511 с.
9. ГОСТ Р 8.596-2002. ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения.
10. ГОСТ 16263-70. ГСИ. Метрология. Термины и определения.
11. ГОСТ 26016-81. Единая система стандартов приборостроения. Интерфейсы, признаки классификации и общие требования.
12. ГОСТ 8.437-81. ГСИ. Системы информационно-измерительные. Метрологическое обеспечение. Основные положения.
13. Грановский В.А. Системная метрология: метрологические системы и метрология систем. - СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ "Электроприбор", 1999. - 360 с.
14. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л., 1988. - 304 с.
15. Демидович В.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики. - М.: Наука, 1970. - 654 с.
16. Деч Р. Нелинейные преобразования случайных процессов. - М.: Советское радио, 1965. - 208 с.
17. Джексон Р.Г. Новейшие датчики. - М.: Техносфера, 2007. - 384 с.
18. Измерение электрических и неэлектрических величин / Н.Н. Евтихиев, Я.А. Купершмидт, В.Ф. Папуловский, В.Н. Скугоров; под общ. ред. Н.Н. Евтихиева. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 352 с.
19. Информационно-измерительная техника и технологии / В.И. Калашников, С.В. Нефедов, А.Б. Путилин и др.; под ред. Г.Г. Ранеева. - М.: Высшая школа, 2002. - 454 с.
20. Калабеков В.В. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. - М.: Радио и связь, 1997. - 336 с.
21. Карабутов Н.Н. Адаптивная идентификация систем. Информационный синтез. - М.: Едиториал УРСС, 2006. - 384 с.
22. Киреев В.И., Пантелеев А.В. Численные методы в примерах и задачах. - М.: Высшая школа, 2008. - 480 с.
23. Корнеенко В.П. Методы оптимизации. - М.: Высшая школа, 2007. - 664 с.
24. Максимей И.В. Имитационное моделирование на ЭВМ. - М.: Радио и связь, 1988. - 230 с.
25. Мезон С., Циммерман Г. Электронные цепи, сигналы и системы. - М.: Иностранная литература, 1963. - 594 с.
26. Метрологическое обеспечение измерительных информационных систем (теория, методология, организация) / Е.Т. Удовиченко, А.А. Брагин, А.Л. Семенюк и др. - М.: Издательство стандартов, 1991. - 192 с.
27. МИ 2438-97. ГСИ. Системы измерительные. Метрологическое обеспечение. Общие положения.
28. Мячев А.А., Степанов В.Н. Персональные ЭВМ и микроЭВМ. Основы организации. - М.: Радио и связь, 1991. - 320 с.
29. Новоселов О.Н., Фомин А.Ф. Основы теории и расчета информационно-измерительных систем. - М.: Машиностроение,
1991. - 336 с.
30. Островский Ю.И. Голография и ее применение. - М.: Наука, 1976. - 256 с.
31. Пантелеев А.В., Летова Т.А. Методы оптимизации в примерах и задачах. - М.: Высшая школа, 2008. - 544 с.
32. Потапов А.С. Распознавание образов и машинное восприятие. - СПб.: Политехника, 2007. - 546 с.
33. Путилин А.Б. Вычислительная техника и программирование в измерительных системах. - М.: Дрофа, 2006. - 416 с.
34. РМГ 29-99. Метрология. Основные термины и определения.
35. Рубичев Н.А., Фрумкин В.Д. Достоверность допускового контроля качества. - М.: Издательство стандартов, 1990. - 172 с.
36. Руководство по выражению неопределенности измерения / под ред.В.А. Слаева. - СПб.: ГП "ВНИИМ им Д.И. Менделеева", 1999. - 126 с.
37. Самарский А.А., Михайлов А.П. Математическое моделирование. - М.: Наука; Физматлит, 1997. - 428 с.
38. Советов Б.Я., Цехановский В.В. Информационные технологии. - М.: Высшая школа, 2008. - 263 с.
39. Уайлд Д. Дж. Методы поиска экстремума. - М.: Наука, 1967. - 268 с.
40. Ушаков И.А. Курс теории надежности систем. - М.: Дрофа, 2008. - 240 с.
41. Фомин Я.А. Теория выбросов случайных процессов. - М.: Связь, 1980. - 216 с.
42. Фрайден Дж. Современные датчики: справочник. - М.: Техносфера, 2005. - 592 с.
43. Фрумкин В.Д., Рубичев Н.А. Теория вероятностей и статистика в метрологии и измерительной технике. - М.: Машиностроение, 1987 - 168 с.
44. Хартман К. и др. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. - М.: Мир, 1977. - 562 с.
45. Цапенко М.П. Измерительные информационные системы. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 357 с.
46. Чистяков В.П. Курс теории вероятностей. - М.: Дрофа, 2007. - 256 с.
A
Страницы: 1, 2
