Современное проектирование автоматических средств измерений и контроля широко использует системный подход, при котором любое достаточно сложное средство измерений (прибор, система) представляется как совокупность унифицированных типовых узлов – функциональных блоков (ФБ). Выполняющих специализированные функции и соединенных между собой унифицированными линиями связи. В свою очередь, всякое средство измерений может рассматриваться как некоторый ФБ, входящий в систему более высоко уровня или ранга.
Следовательно, под ФБ понимается совокупность схемных элементов, объединенных электрически и конструктивно в одно устройство, с помощью которого в системе может быть реализована определенная функция.
Из нескольких простых ФБ может быть построен ФБ более высокого уровня. Совокупность определенных ФБ в автоматических средствах измерений и контроля позволяет решить все возлагаемые на них задачи. При этом каждый ФБ реализует более количество функций, чем измерительный преобразователь.
Сопряжение ФБ и микропроцессора (МП) в автоматических средствах измерений и контроля осуществляется с помощью интерфейсных средств, обеспечивающих передачу данных одинакового формата. Существует ряд типовых структур интерфейса для автоматических средств измерений и контроля, имеющих в своем составе микроЭВМ или МП.
Под интерфейсом (или сопряжением) понимают совокупность схематических средств, обеспечивающих непосредственное взаимодействие составных элементов ИИС (ГОСТ 15971-74). Т.е. как уже было сказано – устройства подсоединяются к системе сопряжения и объединяются в ИИС по определенным правилам, относящимся к физической реализации сопряжений.
Конструктивное исполнение этих устройств, характеристики вырабатываемых и принимаемых блоками сигналов и последовательности выдаваемых сигналов во времени позволяют упорядочить объем информацией между ФБ.
Под интерфейсной системой понимают совокупность логических устройств объединенных унифицированным набором связей и предназначенных для обеспечения информационной, электрической и конструктивной совместимости. Интерфейсная система также реализует алгоритм взаимодействия функциональных модулей в соответствии с установленными нормами и правилами.
Возможны два подхода к организации взаимодействия элементов системы и построению материальных связей между ними:
- жесткая унификация и стандартизация входных и выходных параметров элементов системы;
- использование ФБ с адаптивными характеристиками по входам-выходам.
На практике часто сочетают оба подхода. Стандартизация интерфейсов позволяет:
- проектировать ИИС различных конфигураций;
- значительно сократить число типов СИ и их устройств сопряжения;
- ускорить и упростить разработку отдельных СИ и ИИС в целом;
- упростить техническое обслуживание и модернизацию ИИС;
- повысить надежность ИИС.
Между ФБ ИИС осуществляется обмен информационными и управляющими сообщениями.
Информационное сообщение содержит сведения о значении измеряемого параметра, диапазона измерения, времени измерения, результатах контроля состояния измерительных каналов и др.
Управляющее сообщение содержит сведения о режиме работ ФБ, порядке выполнения или последовательности операций во времени, команде контроля состояния измерительных каналов.
Интерфейс может быть общим для устройств разных типов, наиболее распространенные интерфейсы определены международными, государственными и отраслевыми стандартами. Стандарт (ГОСТ 26016-81 «Единая система стандартов приборостроения. Интерфейсы, признаки классификации и общие требования») включает четыре признака классификации: способ соединения компонентов системы (магистральный, радиальный, цепочечный, комбинированный); способ передачи информации (параллельный, последовательный, комбинированный); принципы обмена информацией (асинхронный, синхронный); режим передачи информации (двусторонняя одновременная передача, двусторонняя поочередная передача, односторонняя передача).
Канал общего пользования (интерфейс приборный)
В соответствии с ГОСТ 26.003-80 соединение программируемых и непрограммируемых электронных измерительных устройств, применяемых в системах автоматизации экспериментальных исследований, должно осуществляться через многопроводный магистральный канал общего пользования.
Устройство А – устройство, способное управлять передачей, передавать и принимать информацию; В – устройство, способное передавать и принимать информацию; С – устройство, способное только передавать либо только принимать информацию;
ШД, ШС, ШУ – соответственно линии данных (8-разрядная), синхронизации и управления.
Шина данных ЛДО-ЛД7 используется для передачи адресных, программных, управляющих, основных данных и данных о состоянии.
Шина синхронизации ШС управляет передачей информации по линиям данных: адреса, команды, результаты измерений и другие данные – должно осуществляться по трем линиям, входящим в ШС: ГП, СД, ДП.
Линия СД – «линия сопровождения» - переводится в низкое состояние передающим устройством («источником»), указывая на верность данных на ШД.
Линия ГП – «линия готовности» - это линия обмена сигналами между «приемниками» и «источниками», высокое состояние которой указывает, что «приемники» готовы к приему информации. Линия ГП управляет устройствами, адресованными на прием.
Наличие сигнала на линии ДП – «линия приема данных» - (высокое состояние) указывает о конце приема информации «приемниками». Линия управляется всеми устройствами, когда линия УП имеет низкое состояние, или теми устройствами, которые адресованы на прием, когда линия УП имеет высокое состояние.
Шина управления – ШУ – должна использоваться для передачи управляющих сигналов между контроллером и всеми другими устройствами, соединенными с КОП, с помощью линий УП, КП, ОИ, ДУ, ЗО. Выдача сигналов на линию управления (УП) осуществляется тем устройством, которое в данный момент выполняет функцию контроллера в системе.
Линия – «коней передачи» - устанавливается «передатчиком» в низкое состояние параллельно с передачей последнего байта данных, сигнализируя, что данных больше нет.
Когда линия ОИ – «очистить интерфейс» - используется при запуске системы, переходит в низкое состояние, прекращается вся деятельность канала передачи информации, все устройства освобождают себя от адресов и переходят в состояние холостого хода.
При установлении линии ДУ – «дистанционное управление» - в низкое состояние устройство получает разрешение на переключение управления с «местного» на «дистанционное». При высоком состоянии линии ДУ устройство должно находиться в «местном» управлении.
Линия ЗО – «запрос на обслуживание» - переходит в низкое состояние в том случае, когда какое-либо устройство посылает контроллеру запрос на обслуживание.