Стандартные интерфейсы

Современные стандарты, на интерфейсы, предназначенные для применения в составе АСНИ разрабатываются с учетом принципов модульности, магистральности и принципа программной управляемости модулей, позволяющего в соответствии с программой с помощью команд подаваемых ЭВМ или управляющим блоком, оперативно менять конфигурацию, технические характеристики и возможности системы. Наибольшее распространение в АСНИ получили интерфейсная система КАМАК и приборный интерфейс МЭК.

Интерфейсная система КАМАК (Применение компьютеров для измерения и контроля) состоит из набора стандартных программноуправляемых модулей. Конфигурация (структура) системы задается программой, написанной на языке КАМАК, хранящейся в управляющем модуле или в ЭВМ. Для перестройки системы на другой эксперимент аппаратура сохраняется, а меняется только программа ее работы. Между отдельными частями системы обеспечивается полная информационная, энергетическая и конструкционная совместимость. Энергетическая совместимость обеспечивается унифицированным значением питающих напряжений и доступными их изменениями, а также ограничениями на токопотребление и максимальное значение рассеиваемой мощности. Конструкционная совместимость обеспечивается регламентацией размеров каждого элемента системы.

Механической основой системы КАМАК является крейт (кассета). Крейт содержит 25 гнезд (станций) для модулей, из которых составляется необходимая измерительная система. Соответственно, в крейте можно поместить 25 модулей. При необходимости ширина блока может кратно увеличиваться (23 и т.д. раз). Модуль представляет собой функциональное устройство (типа АЦП, ЦАП, коммутатора и т.п.) выполненное на основе интегральных микросхем. Разъемы модулей соединяются магистралью крейта, которая состоит из системы шин. Станции с 1 по 24 называют нормальным. Они используются для размещения функциональных модулей. Крайняя станция носит название управляющей. Она служит для размещения управляющего модуля – контроллера, предназначенного для управления крейтом и для связи с ЭВМ. Информация между модулями передается через контроллер.

Контроллеры считаются наиболее важными блоками в стандарте КАМАК. Они подразделяются на ручные и управляемые от ЭВМ или программного блока. В случае работы экспериментальной установки без ЭВМ применяют контроллеры, совмещающие в себе некоторые функции ЭВМ. Контроллер в этом случае может либо содержать в себе наибольшую программу, набираемую на коммутационной панели, либо с помощью разъема подключаются к специальному устройству с блоком памяти. В случае сопряжения системы с ЭВМ для каждой машины разрабатывается свой специальный контроллер, подключаемый непосредственно к каналу машины. Вся остальная часть системы КАМАК не меняется.

Функциональные модули можно подразделить на пять основных групп. К первой группе – входных модулей относят АЦП, устройства приема цифровых и сигнальных данных, счетчики, синхронизаторы. Ко второй группе относят выходные модули, управляющие соленоидами, цифровыми и аналоговыми индикаторами и т.п. К третьей – соединительные модули, магнитные устройства памяти, телетайпы и т.п. К четвертой – быстродействующие коммутаторы аналоговых сигналов, усилители с изменяемым коэффициентом усиления и т.п. К пятой группе – преобразователи двоичного в двоично-десятичного кода. А также устройства умножения и деления, арифметические устройства, работающие с плавающей запятой.

Связь функциональных модулей в крейте обеспечивается стандартной линией связи, называемой «горизонталью» или горизонтальной магистралью. Через нее передаются цифровые данные, сигналы управления и питания. Связь между крейтами осуществляется с помощью другой линии связи называемой «вертикалью». «Вертикаль» обеспечивает построение многокрейтовой (до 7 крейтов) системы, которую называют ветвью.

Конструктивные особенностями системы КАМАК обеспечивают компактное размещение модулей, подключение большого числа внешних устройств, связь со всеми модулями системы. Одновременное выполнение нескольких команд, простоту устройства модулей за счет усложнения устройства контроллеров, независимость от типа ЭВМ, использование общей техники программирования независимо от области применения конкретной системы. Система КАМАК обладает большой гибкостью при построении АСНИ.

Недостатками ее являются высокая стоимость, большие затраты времени и средств на первоначальную организацию АСНИ, поэтому ее целесообразно использовать в масштабе крупных лабораторий и научных центров.

Приборный интерфейс МЭК ориентирован на построение АСНИ с использованием серийных приборов. Аппаратурное обеспечение системы автоматизации в этом случае оказывается более простым и дешевым. В связи с этим интерфейс МЭК может быть использован для автоматизации экспериментов на одной установке или в масштабе небольшой лаборатории.

Стандарт МЭК не накладывает конструктивных ограничений на используемые в АСНИ приборы, за исключением вида электрических разъемов и длины соединительной линии (до 20 м). Не является обязательным и их энергетическая совместимость. Каждый прибор, используемый для объединения в систему кроме функциональной части должен содержать интерфейсную часть, которая и обеспечивает возможность сопряжения разных приборов. Стандарт предусматривает десять интерфейсных функций, выполнение которых возлагается на интерфейсную часть, которая и обеспечивает возможность, подключения в систему прибора, принимать и передавать определенный ряд сообщений. Функциональная и интерфейсная части прибора почти не зависят друг от друга, а для обеспечения совместимости приборов требуется лишь разработка интерфейсной части.

В настоящее время интерфейсные части приборов выполняют в двух вариантах – в виде составной части прибора и в виде отдельных интерфейсных модулей (интерфейсных карт), подключаемых к серийным цифровым приборам и устройствам, не имеющей такой части. Интерфейсная карта является переходным устройством (адаптером) между выходом прибора и стандартным входом в магистраль интерфейса.

Объединение приборов в систему производится путем их подключения к единой стандартной информационной магистрали, содержащих 16 линий (шин).

Для каждой шины стандарт регламентирует ее назначение, способ использования, порядок работы и взаимодействие с другими шинами, а также скорость передачи информации.