41227

ИНТЕРФЕЙСЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Применяются параллельные интерфейсы Centronics магистральные приборный интерфейс GPIB IEEE 488 и функционально-модульные системы CMC и VXI. Магистральный интерфейс VXI Стандарт VXI является одним из прогрессивных направлений развития шины VMEbus VMEbus eXtention for Instrumenttion VXI расширение VMEbus для измерительной техники. Основываясь на шине VMEbus и полностью включая ее как подмножество интерфейс VXI представляет собой самостоятельный стандарт на контрольноизмерительную и управляющую аппаратуру высшего класса...

Русский

2013-10-23

925.5 KB

88 чел.

ИНТЕРФЕЙСЫ 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.

В современных измерительных системах нашли применение последовательные интерфейсы типа RS-232C (а также подобные ему RS422 и RS485), универсальная последовательная шина USB, высокоскоростной интерфейс IEEE 1394 (FireWare) популярный сетевой интерфейс Ethernet. Применяются параллельные интерфейсы Centronics, магистральные - приборный интерфейс GPIB (IEEE 488) и функционально-модульные системы CAMAC и VXI.

Магистральный интерфейс КАМАК (CAMAC)

Интерфейс КАМАК (CAMAC - Computed Aided for Measurement, Automation and Control) разработан комитетом по стандартам в области ядерной электроники (ESONE) в 1968 году. Он представляет собой первую в мире магистрально – модульную (функционально-модульного типа) агрегатную систему, предназначенную для связи измерительных устройств с цифровой аппаратурой обработки данных.

Цель - применение в физике элементарных частиц для автоматизации экспериментов. Утвержден стандартом IEEE 583 и ГОСТ 26.201-80, 26.201.1-94 и 26.201.2-94.

Стандарт КАМАК – это функционально-модульная система агрегатного типа, объединенная единым магистральным интерфейсом и едиными конструктивными параметрами. Предназначена для сбора, накопления, преобразования и обработки измерительных и управляющих сигналов в ИС реального времени, соединенных с ЭВМ (компьютером).

Особенности системы КАМАК:

  •  модульный принцип построения;
  •  конструктивная однородность системы за счет унификации несущих конструкций и конструкций модулей;
  •  магистральная структура интерфейса;
  •  программное управление ИС.

Интерфейс КАМАК имеет централизованное управление, причем уровней централизации может быть два и более. Система шин для информационных и служебных сигналов раздельная; организация системы шин радиально – магистральная, порядок выполнения операций обмена информацией – параллельный, метод обмена информацией – синхронный, допускается работа с любой ЭВМ.

Конструкция и питание – унифицированные. Конструктивно измерительная система на основе интерфейса КАМАК выполняется в виде, представленном на рис. 1.

Основой структуры КАМАК является крейт. Конструктивно крейт — это ящик, в который можно вставлять платы-модули, расположение которых в крейте может быть любым. Для модулей в крейте имеется 25 гнезд с верхней и нижней направляющими. Место 24 и 25 в крейте обязательно занимает блок контроллер крейта. Ширина модуля 17.2 мм. Функциональные блоки могут занимать 1,2,3,4,6 или 8 модульных мест. На обеих поверхностях заднего конца платы должно быть по 43 ламели печатного разъема. Шаг между осями ламелей 2.54 мм.

Рис. 1

Рис. 2. Вид передней панели крейта КАМАК

Структура измерительной системы на основе аппаратуры КАМАК иллюстрируется рисунком.

Рис. 3. Структура измерительной системы на основе аппаратуры КАМАК

Платы модулей входят в розетки двухрядных 86-контактных разъемов, укрепленных на задней плате крейта. Минимальная глубина крейта с задней платой 360 мм. Крейт может быть снабжен источниками питания, выходы которых соединяются с линиями питания модулей, расположенными на задней плате. Всего линий питания 14 и в них 6 – основных и 8 – дополнительных, включая 1 линию сигнальной земли и 2 свободных резервных линии. Основной конструктивно завершенный функциональный элемент системы - модуль. Для обеспечения совместимости модулей стандартом КАМАК регламентирован ряд условий этой совместимости: функционирования, электрических и конструктивных. Модуль – это наименьшая конструктивная единица системы. Выпущено более 20 типов унифицированных модулей КАМАК (АЦП, ЦАП, усилитель, мультиплексор и др.).

Все размеры модулей и каркасов строго стандартизованы: габариты и толщина печатных плат модулей, ширина канавок в направляющих и расстояние между ними, расположение контактов и так далее. Определены длительности и амплитуды электрических сигналов, а также напряжения питания модулей. Стандартизованы не только размеры, но и логический протокол – правила передачи информации по линиям магистрали Существует несколько конфигураций системы, обусловленных выбранным способом управления крейтом и организацией его связи с управляющей ЭВМ.

Виды модулей КАМАК.

Счетчики.

1. Регистры ввода-вывода.

2. Таймеры.

3. Приводы.

4. Интерфейсы.

5. Блоки цифровой обработки сигналов:

6.1. Логические преобразователи.

6.2. Преобразователи кодов.

6.3. Память.

6.4. Специализированные процессоры.

6. Блоки аналоговой обработки сигналов:

7.1. Преобразователи напряжений.

7.2. Аналого-цифровые преобразователи.

7.3. Цифро-аналоговые преобразователи.

7.4. Мультиплексоры.

7.5. Ключи.

7.6. Прочие.

7. Контрольное оборудование:

8.1. Индикатор магистрали.

Модуль представляет собой вставную кассету. Тыльная часть модуля заканчивается 86-контактным разъемом, соединенным с горизонтальной магистралью крейта. Входные аналоговые сигналы вводятся через разъемы на передней панели модулей. Допустимый ток питания отдельного модуля ограничен 2А, а рассеиваемая мощность – 8 Вт. Максимальная мощность рассеивания в крейте 200 Вт. Охлаждение воздушное. Обмен информацией между модулями и контроллером происходит по магистрали крейта. Предельная пропускная способность магистрали КАМАК — 3 мегабайта/с. Электрические сигналы на шине КАМАК соответствуют отрицательной TTL логике. В интерфейсе КАМАК разделены шины передачи данных, адресов и команд. Магистраль крейта имеет 7 шин: адреса, операций, состояний, синхронизации, данных, управления и нестандартных соединений. Система шин крейта содержит 82 магистральные линии сигналов, проходящих через все стадии и 2 индивидуальных (радиальных) линии, идущих от контроллера крейта к каждому модулю. Таким образом, в крейте используется смешанная (радиально-магистральная) система шин. Шина адреса – она состоит из 24 индивидуальных линий номера состояния N и 4 сквозных линий субадреса А, обозначаемых А1, А2, А4, А8. Обычно для адресации используется позиционный двоичный код (двоичный номер объекта), однако в интерфейс КАМАК применяется кодирование, при котором каждому устройству выделяется отдельная линия адреса.

Одного крейта с 23 модулями — станциями, как правило, недостаточно для автоматизации серьезного эксперимента. Это обстоятельство побудило разработчиков организовать в системе второй уровень централизации управления обменом информации, который носит название ветви (Grauch) или вертикальной магистрали. Магистраль ветви может объединять до 7 крейтов, которые обычно располагаются в одной стойке (см. рис.1). Таким образом, стойка представляет собой измерительную систему, организованную на базе единой вертикальной магистрали КАМАК, связывающей все крейты между собой. Связь с компьютером идет через один из контроллеров.

Первая ступень централизации управления и обработки информации достигается в крейте, а вторая в ветви, которая может объединять до семи крейтов. Допускается совместная работа нескольких ветвей. Система КАМАК приспособлена к работе с интенсивными потоками информации в лабораторных условиях. В производственных условиях ее применения ограничено слабой конструкцией разъемов, стоек, крейтов и направляющих модулей. Передача информации по магистрали крейта идет 24 битовыми словами со скоростью до 25 Мбит/с. Организация связи между крейтами может иметь разную структуру - радиальную, магистральную и радиально-магистральную. Скорость этой связи несколько ниже – до 10 Мбит/с. Если экспериментальная установка занимает большую площадь, можно перейти от системы с сосредоточенными параметрами к системе с распределенными параметрами. В стандарте КАМАК для этого случая предусмотрен вариант последовательной магистрали КАМАК. Она позволяет объединять до 62х крейтов в кольцо большой протяженности, причем информация передается в одном направлении.

Программирование систем КАМАК осуществляют на языке низкого уровня (ассамблере), Бейсике и на языке программирования IML (Intermediate Language), предназначенным для программного управления модулями КАМАК внешним компьютером. Достоинства - высокая степень унификации (на международном уровне), значительная скорость передачи информации, простота реализации новых систем, высокая точность - большое слово данных. Недостатки - сложное программирование (обычно на Ассемблере), громоздкость (особенно для многоканальных измерений), 24-битное слово не сопрягается с используемыми в компьютерах 16- и 32- разрядными словами, плохая совместимость с другими интерфейсами.

Магистральный интерфейс VXI

Стандарт VXI является одним из прогрессивных направлений развития шины VMEbus (VMEbus eXtention for Instrumentation, VXI, расширение VMEbus для измерительной техники). Основываясь на шине VMEbus и полностью включая ее как подмножество, интерфейс VXI представляет собой самостоятельный стандарт на контрольно-измерительную и управляющую аппаратуру высшего класса точности. Первоначально стандарт был ориентирован на применение в основном в военно-промышленном комплексе для создания контрольно-диагностического и радиоизмерительного оборудования. В связи с тем что стандарт разрабатывался специально для такого класса задач, он удовлетворяет большинству военно-промышленных стандартов, включая MIL-45662A, соответствует промышленному стандарту качества ISO 9000, а также стандартам на электромагнитную совместимость и помехозащищенность (EN 55011, EN 50082-1). Все технические решения, обеспечивающие эти требования учтены в аппаратуре VXI еще на стадии проектирования и не требуют дополнительных затрат на их обеспечение при сборке системы и ее эксплуатации.

В настоящее время интерфейс VXI считается наиболее перспективным для создания контрольно-диагностических и высокопрецизионных измерительно-управляющих систем и комплексов самого различного назначения.

Он имеет на западном рынке наибольшую динамику роста выпускаемой и реализуемой продукции, устойчивую тенденцию к техническому совершенствованию и расширению областей применения.

Большинство ведущих приборостроительных фирм реализуют свою продукцию в стандарте VXI, рассматривая его основой построения современных приборов и аналитического оборудования. Применение магистрально-модульного интерфейса (ММИ) дало возможность производителям измерительной аппаратуры повысить конкурентоспособность своей продукции и наряду с высокой точностью обеспечить ее высокой производительностью.

Традиции приборостроительных компаний, выпускавших, как правило, за конченные изделия, дали новое направление в развитии магистрально модульных систем (ММС). ММС на базе VXIbus отличаются высокой степенью интеллекта на всех уровнях аппаратных и программных средств, что значительно снижает затраты на разработку, создание, отладку и эксплуатацию прикладных VXI систем. Комплексный подход к разработке стандарта позволил все чаще говорить не просто о шине VXI, а о VXI-технологиях в области информационно-измерительной техники, направленных на максимальное облегчение труда разработчиков и пользователей систем автоматизации.

Привлекательность нового стандарта оказалась настолько высокой, что большинство потребителей, использовавших сложную традиционную цифровую измерительную технику, делают ставку на VXI-аппаратуру. Особую популярность этот стандарт приобретает при автоматизации испытаний и исследований сложных технических объектов и комплексов, при создании систем контроля, диагностики и мониторинга, когда цена точности и надежности выше экономии средств на закупку. При модернизации своей исследовательской и испытательной базы такие фирмы, как General Electric, Boeing, Lockheed, General Dynamics, Martin Marietta, ABB, ITT, Shell, Shevron и др. активно внедряют VXI-технологии при разработке и испытаниях новых видов продукции.

Стандарт VXI, обобщил в себе опыт, накопленный при разработке и эксплуатации популярных ММС 70–80-х годов ХХ века, и дал им новое технологическое направление – обеспечение максимальной «дружественности» для пользователей и полной независимости их от конкретного производителя. Стандарт занял на рынке устойчивое положение в определенных приложениях и прошел этапы внедрения от военных отраслей до гражданского применения. Первые примеры успешного внедрения VXI-технологий в России показывают, что в ряде случаев альтернативы для них в настоящее время нет. Опыт применения VXI показал, что эту технологию легко осваивают отечественные специалисты и быстро находят им прикладные приложения, не имеющие аналогов в мировой практике.

Шина VXIbus.

В рамках стандарта на шину VXIbus разработчикам удалось совместить преимущества двух подходов к построению измерительных систем, конкурировавших между собой в 1980-е годы: на базе ММИ и на основе приборностоечного исполнения. Основные очевидные преимущества систем на базе ММИ:

  •  гибкость и легкая перестраиваемость архитектуры;
  •  высокая скорость обмена по магистрали между модулями;
  •  невысокая стоимость и малые габариты систем.

К достоинствам элементов приборно-стоечных систем можно отнести:

  •  высокую точность и чувствительность измерений, помехозащищенность;
  •  функциональную законченность приборов и возможность их автономного использования;
  •  возможность программирования приборов на уровне макросообщений.

Создатели VXIbus не стали разрабатывать новый стандарт с нуля, а объединили имеющиеся стандарты-лидеры: VME (для магистральномодульных систем) и GP-IB/ IEEE-488 (для приборно-стоечных систем). Для расширения функциональных возможностей и повышения технических характеристик шины VMEbus, а также в целях дальнейшего развития стандарта в VXI были введены следующие дополнительные требования:

  •  повышение качества электропитания в крейте;
  •  унификация регистровой структуры модулей;
  •  наличие Менеджера ресурсов;
  •  выделение функций Командного модуля и Слота 0;
  •  введение дополнительной 32-битовой локальной шины;
  •  расширение системы синхронизации;
  •  введение аналоговой шины и шины индентификации.

Расширение VXI ключает в себя также использование дополнительных типоразмеров плат в стандарте «Евромеханика» и применение увеличенного шага межмодульных соединений в размерах крейта С и D. Увеличение размеров используемых плат обусловливается необходимостью применения одноплатной технологии для модулей повышенной чувствительности (до единиц нановольт), для высокоскоростных регистраторов и осциллографов (до десятков гигагерц), а также для многоканальных (более 100) измерительных коммутаторов.

Дополнительные шины и линии магистрали VXI занимают неиспользуемые в VMEbus контакты на разъеме Р2, а также контакты разъема Р3 (для плат размера D). Назначение всех шин и линий, входящих в состав магистрали VXIbus приводится в системных спецификациях на стандарт, например System Specification VXI-1, Revision 1.4 (April 21, 1992).

Все модули размера А и большинство модулей размера В конструктивно, электрически и логически совместимы со стандартом VMEbus и могут использоваться в VME-системах. В то же время все модули VME могут быть использованы в VXI-системах, однако в этом случае они должны быть поддержаны стандартными для VXI программными драйверами.

Характеристики VXIbus.

Архитектура VMEbus, известна высокими скоростями передачи данных (40 Мбайт/с), которые наряду с необходимыми протоколами связи делают ее идеальной для построения измерительных систем с высокой пропускной способностью. VXIbus объединила простоту использования интеллектуальных GPIB-инструментов (например, программирование на ASCII уровне) в своих устройствах «на основе сообщений» и преимущества высокой пропускной способности VME-устройств, которые управляются и обмениваются данными непосредственно в двоичном коде (устройства на основе регистров). Хотя VME и является прекрасной компьютерной основой, однако она не подходит для измерительных задач без дальнейшей стандартизации.

VXIbus-консорциум расширил стандарт VMEbus дальнейшим определением параметров с тем, чтобы дать пользователям возможность с легкостью конфигурировать рабочую систему. Некоторые из расширений VMEbus:

  •  большие типоразмеры плат для более производительных инструментов и для возможности экранирования;
  •  определены все сигналы объединительной платы, что позволило избежать проблем с определением сигналов пользователями на VMEbus;
  •  для облегчения интеграции систем добавлены спецификации на охлаждение, питание и электромагнитное излучение;
  •  для облегчения интеграции с существующими системами определены коммуникационные протоколы;
  •  добавлены напряжения для высокопроизводительных интструментов.

Система или подсистема на основе VXIbus состоит из VXI-крейта, VXI-приборов, VXI-модуля слота-0, VXI-менеджера ресурсов и хост-контроллера. Модуль слота-0 заботится об управлении объединительной платы и включает такие ресурсы, как синхронизация и наблюдение за перемещением данных через объединительную плату. Устанавливаемый в 0 слот модуль должен помимо функций обычного модуля выполнять еще и описанные аппаратные функции. Менеджер ресурсов конфигурирует модули для работы при включении или сбросе системы, позволяя пользователям разрабатывать программное обеспечение систем с известной начальной позиции. С момента вхождения системы в режим нормального функционирования менеджер ресурсов перестает участвовать в ее работе. Крейт VXIbus служит для установки в него VXIbus инструментов и осуществляет запитывание и охлаждение этих инструментов и объединительной платы. VXIbus не разрабатывался как замена какого-либо существующего стандарта, а создавался как дополнительное средство для применения в тестовых системах и системах сбора информации. Для этого были определены несколько способов взаимосвязи с VXI, что позволило интегрировать решения на базе VXIbus с решениями на основе VMEbus, GPIB или использовать в качестве самостоятельных портативных систем.

Типовые размеры крейтов и модулей. Спецификация VXIbus определяет 4 типоразмера модулей. Два меньших размера (А и В) являются стандартными размерами VMEbus и во всех смыслах представляют собой настоящие VME-модули. Два больших типоразмера (С и D) предназначены для высокопроизводительных устройств. Увеличенное полезное пространство в модулях C и D размера позволяет полностью экранировать наиболее чувствительные части схемы для высокоточных измерений.

На сегодняшний день размер С приобрел наибольшую популярность, поскольку позволяет создавать системы меньшего, чем D, размера и при этом дает возможность использовать преимущества VXI (модули A и B размеров являются VMEbus-приборами). Единственное существующее на сегодняшний день применение модулей размера D – это использование в крупных тестовых системах инструментов или пользовательских схем, разработанных в формате D, исходя из внутренних соображений. Решения В размера также существуют, но представляют собой преимущественно VME или малопроизводительные инструменты и не используют возможностей VXI-стандарта. До 90 % всех представленных на рынке VXI-приборов – это приборы С размера.

Контактные разъемы и локальная шина. Наряду с аналоговой суммирующей шиной и линиями локальной шины для непосредственной взаимосвязи модуль–модуль к существующим сигналам VMEbus были добавлены дополнительные напряжения питания, необходимые для запитывания аналоговых и ECL-схем и измерительных шин и синхронизации и переключения измерений.

В VXI определены три 96-контактных DIN-разъема P1, P2, и P3. Разъем P1, единственный основной разъем в VME или VXIbus, содержит шину передачи данных (до 24 бит адреса и 16 бит данных), шину прерываний и некоторые линии питания.

Опциональный разъем P2, имеющийся на платах всех размеров кроме А, расширяет шину передачи данных до ее полных 32 бит. Также на нем до бавлено четыре дополнительных питающих напряжения, локальная шина, шина идентификации модуля (позволяет определять номер слота, в котором установлен модуль) и аналоговая суммирующая линия (токовая суммирующая линия, проходящая вдоль всей объединительной платы). Также на этом разъеме имеются TTL и ECL триггерные шины (проходящие через объедини тельную плату с четырьмя определенными протоколами переключения) и 10 МГц дифференциальный ECL синхросигнал (буферизирован для каждого слота).

Опциональный разъем Р3, имеющийся только на платах размера D, расширяет ресурсы разъема 2 для специализированных приложений. Он обеспечивает 24 дополнительных линии локальной шины, дополнительные триггерные ECL-линии и 100 МГц синхро- и триггерные линии типа «звезда» для точной синхронизации. Применяется редко.

Локальная шина дополняет измерительные системы на основе VXIbus значительными возможностями. Это очень гибкая последовательная шинная структура. Каждый слот VXIbus-крейта содержит ряд очень коротких, 50-омных линий передачи, проходящих между соседними слотами с обеих сторон. Локальная шина содержит по 12 линий в каждом направлении в коннекторе Р2 и 24 дополнительных линии в коннекторе Р3. Эта шина обеспечивает непосредственную связь между собой соседних модулей.

Коммуникационные возможности Коммуникационные возможности являются еще одним предметом стандартизации VXI. Стандарт VXI определяет несколько типов устройств и протоколов, а также правила квотирования, оставляя при этом структуру открытой для управления VXIbus крейтами и устройствами. VXIbus-система или подсистема может управляться как встроенным, так и внешним компьютером, который, в свою очередь, может быть платформо-независимым, т. е. Windows, DOS, UNIX. При использовании внешнего компьютера интерфейс с VXI-крейтом также может быть гибким, например GPIB/VXI, MXI/VXI, RS-232/VXI, Ethernet/VXI. Любой используемый подход имеет свои преимущества и недостатки в зависимости от общих системных требований. В каждом VXI-крейте должен быть установлен модуль слота 0. Исходя из имеющихся решений функции слота 0 обычно интегрированы с интерфейсом во внешний или встроенный контроллер.

Устройства на базе регистров. VXI-устройство на базе регистров – это простейшее устройство, чаще всего используемое в качестве основы для простых модулей. Связь с устройствами на базе регистров осуществляется исключительно путем записи-чтения регистров. Конфигурация управляется назначенными VXIbus конфигурационными элементами, но программируется через модулезависимые регистры.

Устройства на базе сообщений. Устройства на базе сообщений, как правил, являются наиболее интеллектуальными устройствами VXI-системы. Высокопроизводительные модули обычно являются именно устройствами на базе сообщений. Кроме основных конфигурационных регистров, поддерживаемых устройствами на базе регистров, устройства на базе сообщений обладают общими коммуникационными элементами и поддерживают Word Serial Protocol для обеспечения связи на ASCII-уровне с другими устройствами на базе сообщений. Это облегчает поддержку различных производителей, но при этом теряется скорость из-за необходимости интерпретировать ASCII-сообщения. Обычно устройства на базе сообщений используют процессор и более дороги, нежели устройства на базе регистров. Поскольку Word Serial Protocol разрешает передачу всего одного байта за транзакцию, который затем еще должен быть интерпретирован встроенным микропроцессором, то устройства на базе сообщений обычно ограничены скоростями на уровне IEEE-488. Однако наличие опционального доступа через регистры позволяет преодолеть это ограничение, оставляя при этом возможность простой конфигурации устройства через Word serial protocol.

Технические средства VXI – типы модулей.

Крейты и источники питания. Большинство фирм-изготовителей VXI- продукции выпускает крейты (mainframes) с установленными источниками питания. Раздельно крейты и блоки питания, как правило, не поставляются.

Это объясняется весьма сложными испытаниями крейтов, проводимыми в хорошо оснащенных лабораториях. Они включают в себя не только контроль удельной мощности (на каждый модуль) при изменении нагрузки, но и контроль режимов охлаждения при полном и частичном заполнении крейта различными модулями.

В VXI-стандарте используются четыре типоразмера плат (А, В, С, D), соответственно существуют и различные размеры крейтов. Для обеспечения конструктивной совместимости снизу вверх имеются специальные переходные адаптеры, позволяющие вставлять и использовать модули меньших размеров в крейтах большего габарита. Так модули размера А могут быть использованы в крейтах всех размеров, модули размера В – в крейтах размеров В, С, D и т. д. Крейты отличаются не только основным размером устанавливаемых плат, но и числом посадочных мест (slot) на магистрали (backplanes).

Из большого числа имеющихся на рынке различных вариантов крейтов наиболее часто употребляемые: размер В на 5, 7, 12 и 20 посадочных мест; размер С на 5, 6 и 13 посадочных мест; размер D на 5 и 13 посадочных мест. Некоторые крейты выпускаются в переносном варианте с возможностью питания от аккумуляторной батареи.

Мощность используемых источников питания определяется основным размером устанавливаемых в крейте плат и числом посадочных мест из расчета максимального энергопотребления, указанного в паспорте на каждый модуль VXI. Характерная мощность источников для крейтов размера В от 120 W до 570 W, размера С – от 350 W до 800 W. размера D – от 1000 W до 1300 W.

Системные модули. К системным модулям, в первую очередь, относятся командные модули и встроенные компьютеры, осуществляющие управление шиной VXI и синхронизацию работы крейта с внешними устройствами.

Возможные варианты реализации встроенных компьютеров приведены в разделе базовых конфигураций. Командные модули и встроенные компьютеры размещаются в крейте в левой позиции (слот 0) и в зависимости от конфигурации занимают от одного до трех посадочных мест. Так например, РС совместимый компьютер фирмы National Instruments серии 599 реализован на процессоре i486DX4, 100MHz, имеет ОЗУ до 16 МВ, встроенный НЖМД до 240 МВ, НГМД 3,5", а также стандартные внешние интерфейсы (последовательный, параллельный, GP-IB, SCSI, SVGA интерфейс), компьютер занимает в крейте размера С два посадочных места. Командные модули занимают одно (для размеров C, D) или два (для размера В) посадочных места. Командный модуль определяет тип интерфейса связи с внешним компьютером: последовательный, GP-IB, VXLink или MXI. Например, командный модуль фирмы Hewlett-Packard HP Е1306А для крейта размера В имеет встроенный процессор М68000, 8 MHz, статическое ОЗУ до 2 МВ и интерфейсы связи RS-232 и GP-IB.

К системным модулям могут быть отнесены также модули памяти, такие как HP E1562B – модуль НЖМД со встроенными накопителями 2x2,1 GB (2,5 MB/sec) и двумя портами SCSI-2 для внешних накопителей со скоростью обмена 16MB/sec или HP Е1488А – модуль статического ОЗУ от 2 до 16 MB с выходом на локальную шину, по который он может использоваться в качестве расширяемой памяти для быстрых аналоговых регистраторов, цифровых осциллографов или сигнальных процессоров, реализованных в стандарте VXI. Подобные модули могут быть реализованы в размерах С или D и занимают в крейте одно или два посадочных места.

Еще одна группа системных модулей, выпускаемых в стандарте VXI, – это модули специализированных интерфейсов связи и адаптеров интерфейсов. К ним относятся адаптеры VXI/MXI, GPIB/VXI, а также модули интерфейсов MIL-STD-1553B, ARINC-429, ARINC-629, IRIG и т. п.

Функциональные модули. Состав функциональных модулей определяет прикладное (функциональное) назначение системы, а также ее технические возможности. Широкий спектр выпускаемых функциональных модулей в стандарте VXI позволяет разбить их на несколько типовых групп.

Измерительные модули. Цифровые мультиметры – наиболее точные и универсальные средства измерений интегрирующего типа – предназначены для измерения напряжения постоянного и переменного токов, а также сопротивлений со средней погрешностью 0,2 %. Мультиметры имеют, как правило, несколько диапазонов измерений, например: 30 mV, 300 mV, 3 V, 30 V, 300 V (для напряжений) и от 3 W до 3 GW. При этом максимально достижимая чувствительность по напряжению (на минимальном диапазоне) равна 10 nV и по сопротивлению – 10 mW. В мультиметрах имеется возможность проводить измерения по 2-, 3- и 4-проводным линиям. Мультиметры оснащены обычно режекторными фильтрами на стандартных промышленных частотах 50 Hz, 60 Hz и 400 Hz, а также аппаратно-программными средствами температурной компенсации, автокалибровки и самотестирования. Установка режима и диапазонов измерения осуществляется программно и может оперативно меняться для каждого последующего измерения. Скорость измерений у этих приборов зависит от программно-устанавливаемого времени интегрирования и определяет эффективную разрядность АЦП. Так например, в модуле НР Е1401А полная разрядная сетка АЦП (6,5 десятичных знака) может использоваться при установке времени интегрирования не менее 16,7 ms; минимальное время преобразования (10 ms) соответствует разрядной сетке АЦП – 3,5 десятичных знака. Для обеспечения многоканальных измерений с мультиметрами используются внешние специализированные измерительные мультиплексоры, о которых будет сказано ниже. Мультиметры реализуются в модулях размеров B, C, D и занимают, как правило, одно посадочное место.

Аналого-цифровые преобразователи. Использование увеличенного размера плат позволяет реализовать в стандарте VXI, в отличие от VME, многоканальные (от 4 до 64 встроенных каналов) АЦП с достаточно высокими разрешением (16 бит) и скоростью преобразования до 400 kHz, а также с индивидуально программируемыми встроенными усилителями и фильтрами ( модули фирм ANALOGIC – DBS 8700,8701 и Hewlett-Pakcard – НР Е1313А, НР Е1413А). Эти модули средней производительности реализуются в размерах В и С.

Встроенные модули SCP имеют 5 модификаций исполнения, предназначенных для различных типов датчиков и сигналов. Среди них есть специализированные SCP для подключения термопар, терморезисторов, тензодатчиков и других первичных преобразователей с малыми уровнями сигналов, включаемых по 2-проводной, полумостовой или мостовой схеме. Можно выбрать модуль SCP для измерения двуполярных сигналов с диапазонами от 62,5 mV до 16 V. Кроме того, есть варианты фиксированных или программно-изменяемых усилителей и фильтров. Выбирая различные платы SCP, пользователь может самостоятельно конфигурировать 64-канальный сканер на конкретную схему измерений. Платы SCP вставляются в модуле в специ альные посадочные места (мезонины), размещенные на базовой плате. 

На базовой плате модуля размещаются 64-канальный полупроводниковый мультиплексор и 16-битовый АЦП. Индивидуальная программная настройка каждого канала, тестирование и калибровка модуля осуществляются под управлением сигнального процессора (DSP) с программой калибровки (CAL). Для хранения промежуточных результатов измерений в модуле имеется буферная память типа FIFO на 64 Кслов. Текущие значения режимов и диапазонов измерений по всем каналам хранятся в специальных таблицах (Current Value Table) и используются для диагностики и тестирования модуля в режиме on-line.

Дигитайзеры и осциллографы. Для регистрации быстропротекающих процессов в стандарте VXI используются высокоскоростные дигитайзеры и цифровые осциллографы с частотой измерения от 10 MHz до 1 GHz и разрешением соответственно от 18 до 8 бит и числом параллельных каналов – 2 или 4. Эти модули оснащены обычно встроенной буферной памятью, которая может быть расширена до 16 MB с помощью модулей памяти, подключаемых к измерительному блоку по локальной шине VXI. Дигитайзеры и осциллографы могут использоваться самостоятельно или совместно с модулем сигнального процессора (НР Е1485В) для получения, например, спектров в реальном масштабе времени с числом отсчетов Фурье-преобразования –1024 за время не более 2 ms. В качестве примера такого дигитайзера, имеющего выход на локальную шину, можно привести модуль НР Е1429В. Модуль имеет два параллельных измерительных канала с дифференциальным входом, усилителем/аттенюатором, 12-битовым АЦП и буферной памятью 512 Кслов на каждый канал. Максимальная скорость регистрации – 20 Мслов/с на канал. Подобные модули выполняются только в размерах С и D.

Счетчики и таймеры. В стандарте VXI реализуются обычно универсальные измерители числа импульсов и временных интервалов с диапазоном измерений от 0,001 Hz до 2,5 GHz с несколькими поддиапазонами и разрешением по времени – до 200 ps. Как правило, эти модули выполняются с малым числом встроенных каналов – до 8. Основным их преимуществом является высокая степень универсальности. Модуль фирмы Tektronix VX4223, например, может фиксировать не только число импульсов, но измерять частоту, период, временные интервалы между заданными уровнями сигнала, фазы между двумя сигналами. Эти модули выпускаются с размерами плат B,C и D.

Генераторы и источники электрических сигналов. В эту группу модулей входят цифро-аналоговые преобразователи, функциональные генераторы, генераторы импульсов.

Цифро-аналоговые преобразователи. В ЦАП стандарта VXI используются 16-битовые цифро-аналоговые преобразователи с двуполярным вольтовым или токовым выходом с гальванической развязкой. Число независимых выходов у разных модулей различается: от 4-х до 12-ти в одном модуле. 12- канальный ЦАП производства фирмы Tektronix X4730 имеет вольтовый выходной сигнал ±16,3835 V c разрешением 500 mV и током нагрузки 410 mA по каждому каналу. Имеется возможность записи кода с шины VXI в двоичном или ASCII формате со скоростью 250 KB/sec. Модули ЦАП выпускаются в размерах В и С.

Генераторы и источники электрических сигналов.

Функциональные генераторы служат для задания на объекте испытаний тестовых сигналов различной формы и периодичности. Среди них имеются модули, генерирующие стандартные периодические сигналы (синусоидальные, прямоугольные, треугольные, пилообразные, импульсные) или случайные сигналы с программно-изменяемыми формой и параметрами. Примером такого прибора может служить модуль НР Е1440А, имеющий частотный диапазон выходных сигналов от 1 mHz до 21 MHz с амплитудой ±10 V и разрешением 11 бит.

Другой тип модулей этой группы – генераторы сигналов произвольной формы с возможностью программной генерации желаемых сигналов периодического или одноразового характера.

Кроме того, среди этих модулей имеются суммирующие усилители, позволяющие получить на выходе суммарное значение двух сигналов с выходов функционального генератора с усилением по мощности до 10 W. Модули функциональных генераторов выпускаются в размерах C и D.

Генераторы импульсов. Данные модули в стандарте VXI также достаточно универсальны и могут использоваться в качестве собственно генератора импульсов, генератора прямоугольных сигналов, генератора тактовой частоты и синхронизации, а также триггерного запуска других устройств в заданные интервалы времени. Таких модулей выпускается немного, их характеристики примерно одинаковы и имеют следующие усредненные значения:

  •  диапазон изменения периода от 50 ns до 1 s;
  •  диапазон изменения длительности импульса от 25 ns до 1 s;
  •  амплитуда выходного сигнала ±10 V;
  •  разрешение по времени 15 ns.

К этим модулям в качестве дополнения выпускаются усилители и расширители числа каналов до 6 в дном модуле. Модули реализованы в размерах В и С.

Модули цифрового ввода/вывода. Типы выпускаемых в стандарте VXI модулей цифрового ввода/вывода вполне удовлетворяют большинству задач и требований, встречающихся в практике автоматизации испытаний и исследований. Их можно разделить на модули с низким уровнем входных/выходных сигналов (TTL, CMOS) с двух- и трехуровневым состоянием и модули с повышенным уровнем входных/выходных сигналов (до 48 V), используемых обычно для управления внешними реле и ввода информации типа «включено/выключено» с контактов внешних реле и концевых выключателей.

Модули с низким уровнем сигналов. Как правило, эти модули имеют оптоизоляцию и байтовую организацию двунаправленного обмена логической информацией с внешними цифровыми устройствами. Некоторые модули имеют буферную векторную память (обычно 64 Кслов), например модуль НР Е1452А. Число разрядов ввода/вывода составляет от 32 (4 байта) до 96 (12 байтов). Типовая частота обмена по внешним портам у различных модулей – от 90 KHz до 20 MHz. Существенным преимуществом подобных модулей в стандарте VXI является высокая степень программной настройки на текущую конфигурацию. Например, задание направления обмена и полярности сигналов для каждого байта индивидуально, обмен в двоичном или восьмеричном ASCII-коде, организация различных протоколов обмена типа handshake, наложение масок, настройка прерываний и т. п. Модули выпускаются в размерах В и С.

Модули с повышенным уровнем сигналов. Модули этого класса выпускаются раздельно для ввода или вывода информации типа «да/нет».

Входные модули имеют оптоизоляцию и могут использоваться как для анализа двоичного состояния внешних устройств, так и для ввода прерываний от внешних объектов с возможностью программного маскирования. С помощью перемычек на модуле можно устанавливать уровень напряжения входных сигналов: 5, 12, 24 или 48 V. Программно можно задавать длительность входных импульсных и потенциальных сигналов в пределах от 100 ms до 1024 s, что весьма удобно в работе с различными источниками прерываний и устройствами, имеющими «дребезг» при переключении из одного состояния в другое. Типичное время ввода информации во входные регистры модуля – 1 ms. Типичное число каналов – 32 (для модулей размера В) и 64 – для модулей размера С.

Выходные модули реализуются обычно по схеме с открытым коллектором и могут иметь уровни выходных напряжений 5, 12, 24 или 32 V в зависимости от установленной перемычки на плате модуля. При этом для напряжения 32 V обеспечивается токовая нагрузка до 200 mA на канал. Число каналов у таких модулей может достигать 72. Модули выпускаются в размерах В и С.

Мультиплексоры и модули ключей. Пожалуй, самый широкий выбор модулей в стандарте VXI имеет данная группа. Это не случайно, так как качество многоканальных измерений в большой степени определяется техническими возможностями используемых мультиплексоров. Различные способы измерений предъявляют различные требования к коммутирующим устройствам. В зависимости от схемы и задач измерений могут потребоваться однопроводные, двухпроводные, трехпроводные, четырехпроводные или матричные мультиплексоры. Кроме того, оптимальный выбор мультиплексора зависит от таких его характеристик, как скорость переключения, падение напряжения на замкнутых контактах, максимальное напряжение переключения и т. п. Выпускают более 100 типов таких модулей.

Модули силовых ключей. Эти модули используются обычно для управления внешними реле и пускателями. Модули этого типа также реализуются в двух модификациях: на основе реле или на основе полупроводниковых ключей и различаются числом каналов и электрическими характеристиками коммутируемых цепей. Модули релейных ключей имеют 16, 32 или 64 выходных канала управления с напряжением коммутируемых цепей 250 или 150 V и током 1 или 5 А. Более быстродействующие полупроводниковые ключи имеют 32 или 64 канала и расчитаны на напряжение 250 V или 120 V.

Типовое значение тока нагрузки для них – 0,6 А, однако в некоторых модулях можно увеличивать ток в выходной цепи до 5 или 8 А. Модули ключей выпускаются также в размерах В и С.

Модули специального назначения. Эти модули специфичного применения выпускаются производителями, как правило, по специальному заказу в малых сериях, но имеют достаточно широкую номенклатуру. Их функции ориентированы на весьма узкие области использования и имеют уникальные технические характеристики. Среди них можно отметить модули для многоканальных виброакустических испытаний (фирмы Bruel&Kjaer, HP); измерители мощности радиосигналов, модули тестирования электрических и оптических линий связи в системах телекоммуникаций, многоканальные компараторы, модули управления шаговыми двигателями (Tektronix, HP); высокочастотные аттенюаторы и усилители (CAL-AV Labs), регистраторы быстроменяющихся сигналов (Kinetic Systems Corp.) и др. Для этой группы модулей используются все типоразмеры плат VXI.

В целом система во многом аналогична PXI, но предполагает использование более высокоинтеллектуальных модулей, как правило, включающих собственный управляющий процессор. IBMсовместимые контроллеры VXI, по сути, сами являются достаточно мощными компьютерами, они включают процессор семейства Pentium, жесткий диск, оперативную память, допускают прямое подключение монитора и клавиатуры и вполне могут выполнять функции управляющей ЭВМ. Все это, несомненно, расширяет функциональные возможности систем этого стандарта, но значительно увеличивает их стоимость.

Приборный интерфейс КОП (GPIB)

Широкое применение в измерительной технике нашел  интерфейс, предложенный фирмой Hewlett-Packard (HP) в 1965 г. Его первое название -Hewlett-Packard Interface Bus (HP-IB). Цель его разработки - связь программируемой контрольно-измерительной  аппаратуры HP с компьютерами. Кстати, первый персональный компьютер фирма выпустила в следующем году. Он был разработан как многоцелевой приборный контроллер в измерительных системах. Комбинация измерительной техники и персонального компьютера дала пользователям принципиально новое качество работы с измерительными системами. В HP-IB были заложены прогрессивные технические принципы: достаточно высокая скорость передачи, приемлемое число приборов на шине, гибкость топологии системы, достаточно большие расстояния между приборами. Интерфейс получил большее распространение ввиду его полной открытости и документированности. В процессе стандартизации этого интерфейса в 1975 году он был переименован в GPIB (General Purpose Interface Bus) и официально одобрен Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) как стандарт IEEE 488-1975 [IEEE-488.1], который в 1987 году стал стандартом ANSI/IEEE 488.1 и был расширен в области программного обеспечения до версии 488.2.

Этот стандарт зафиксировал электрические и механические соединения между компьютерами и приборами. Интерфейс GPIB рекомендован к использованию Международной электротехнической комиссией МЭК 625.1 (International Electrotechnical Commission IEC 625.1). Аналогичный российский стандарт ГОСТ 26.003-80 использует название «канал общего пользования» (КОП). Уточним цели, которые ставили перед собой разработчики интерфейса – многопроводного магистрального канала передачи информации:

  •  Сравнительно высокая скорость передачи (номинально до 1 Мбайт/с);
  •  Параллельный обмен данными;
  •  Магистральный принцип построения;
  •  Приборно-модульный принцип агрегатирования;
  •  Простота конструкции и легкость сборки системы;
  •  Умеренные требования по дальности передачи данных (единицы метров);
  •  Лабораторные условия применения;
  •  Использование преимущественно в составе измерительно-вычислительных комплексов.

В результате получился надежный и эффективный канал передачи данных. Приведем основные технические характеристики приборного интерфейса GPIB:

  •  общая длина до 20м;
  •  число подключаемых модулей, определяемое нагрузочной способностью шины (без расширителей шины) - не более 15;
  •  общее число приемником и источников не более 31 (при однобайтовой адресации);
  •  максимальная скорость передачи не более 1 Мбайт/сек, реальные скорости составляют порядка 250...500 Кбайт/сек.

Простота использования, постоянное развитие аппаратной поддержки GPIB, разработка новых GPIB-совместимых приборов приводит к росту числа пользователей шины, несмотря на мощную конкуренцию со стороны архитектур VMEbus и др. Поскольку шина GPIB полностью стандартизована и протестирована, большинство производителей автоматизированных измерительных систем и приборов встраивают в свои изделия интерфейсы GPIB в качестве основного канала передачи данных.

Измерительная система GPIB собирается путем соединения приборов и компьютера (контроллера) интерфейсными кабелями. Топология магистрали при этом может быть радиальной (звезда) или последовательной (рис.4 а, б).

  

а)           б)

Рис. 4 Конфигурация системы GPIB

Длина кабелей ограничена стандартом – не более 4 метров (практически 2-3 м) при общей длине магистрали до 20 м. На больших расстояниях используют повторители – расширители  магистрали (например HP 37204 A,B), а также соединение удаленных сегментов измерительной системы по последовательному интерфейсу (например, устройство связи по телефонным каналам HP 37201A). GPIB-магистраль состоит из 16 сигнальных линий и 8 линий заземления или возврата сигнала (рис.5)

Рис. 5 Шина GPIB

Магистраль разбита на три шины (см. рис. 5). Сигнальные линии группируются следующим образом: 8 линий входят в шину данных, 3 линии – в шину согласования (протокола) и 5 линий – вшину управления интерфейсом  Шина данных (Data Lines) имеет 8 линий (DIO1...DIO8) и предназначена для передачи байта информации (данные и команды интерфейса). Шина управления (Bus Control Lines) содержит 5 линий (ATN, IFC,SRQ,REN,EOI), назначение которых будет разъяснено ниже. Шина синхронизации (Handshake Lines) содержит 3 линии (DAV, NRFD, NDAC), используемых для квитирования передачи байта информации. Сигналы на линиях имеют отрицательную TTL логику (нулю соответствует напряжение > 2.5 В, единице - <0.8 В). Передача информации идет последовательно побайтно по линиям DI0-DI7 в асинхронном режиме. Стандарт GPIB определяет три различных типа устройств, которые могут быть подключены к шине: "listener" (слушатель,приемник), "talker" (передатчик,источник) и/или контроллер. Устройства, подключенные к системе, могут менять свое состояние ("listener" либо "talker" ) по командам с модуля, имеющего состояние "контроллер". Устройство в состоянии "listener" считывает сообщения с шины; устройство в состоянии "talker" посылает сообщения на шину. В каждый момент времени в состоянии "talker" может быть одно и только одно устройство, в то время как в состоянии "listener" может быть произвольное количество устройств. Магистраль одновременно может обслуживать до 15 устройств с адресами от 0 до 30 включительно.

Контроллер выполняет функции арбитра и определяет, какие из устройств в данный момент находятся в состоянии "talker" и "listener". GPIB обладает чертами сети с централизованным управлением. Функции контроллера подобны функциям коммутатора телефонной сети. Контроллер следит за состоянием интерфейса и при обнаружении запроса на передачу сообщения соединяет источник с приемником. Такое управление требуется не всегда, а в основном при смене источника и приемника. К магистрали может быть одновременно подключено несколько контроллеров. В этом случае один из контроллеров (как правило, расположенный на интерфейсной карте компьютера) является ответственным контроллером (Controllerin- Charge, CIC) и делегирует по мере надобности свои функции другим контроллерам.

Кроме собственно магистрали, в аппаратную часть интерфейса входят аппаратно-программные блоки, расположенные в приборах – интерфейсные карты (ИКАР). Структурная схема типовой интерфейсной карты представлена на рис.6.

Рис. 6 Стуктура интерфейсной карты GPIB

Модульный интерфейс PXI

Общее описание интерфейса.

Модульная система интерфейсов PXI (PCI extension for instrumentation) была разработана компанией National Instruments с целью объединить знакомое пользователю и потенциальным создателям программное и аппаратное обеспечение с разработанными в последние годы технологиями. В качестве механического стандарта использован стандарт интерфейса Евромеханика (EuroCard), разработанного для применений в промышленных условиях. Это обеспечивает механическую надежность системы и устойчивость электрических соединений. Обмен информацией между интерфейсами осуществляется по шине, аналогичной шине PCI с расширенной адресацией. Это дает возможность установки до семи станций в крейте и допускает ее дальнейшее расширение с использованием стандартных PCI–PCI мостов. Применение стандартной шины РСI дает возможность широкого использования существующего программного обеспечения от средств операционных систем до драйверов устройств и программ обработки данных и графического представления результатов. PXI легко интегрируется в операционные системы на базе Windows NT: Windows NT4, Windows 2000, Windows ХР, Windows Vista. Для нее разработана архитектура VISA (Virtual Instrument Software Architecture), позволяющая объединять крейты PXI с модульными системами VXI и GPIB.

Реализовав коммерческую PCI-технологию в надежном промышленном исполнении, поддерживающем работу с модульными приборами, PXI представляет собой совершенную платформу, оптимизированную для использования в высокопроизводительных приложениях измерений и автоматизации.

Платформа PXI основана на широко распространенном стандарте CompactPCI и обеспечивает эффективное взаимодействие с тысячами модулей CompactPCI. PXI представляет собой надежную платформу с фронтальной загрузкой модулей и встроенными возможностями синхронизации и тактирования отдельных устройств, специально разработанными для решения задач тестирования и измерений. PXI является международным стандартом, поддерживающимся более чем 60 производителями оборудования, в рамках которого разработано свыше 1100 различных продуктов. Высокая производительность, малый размер и низкая цена основанных на технологии PXI систем сделали PXI одной из наиболее быстро развивающихся платформ в технологии тестирования и измерений. Система предлагает большой выбор контрольно-измерительных модулей PXI, среди которых:

  •  цифровые мультиметры;
  •  высокоскоростные осциллографы;
  •  генераторы сигналов произвольной формы;
  •  источники питания;
  •  переключатели;
  •  генераторы/анализаторы цифровых сигналов;
  •  системы сбора динамических сигналов;
  •  генераторы/анализаторы сигналов радиочастотного диапазона;
  •  системы машинного зрения;
  •  системы управления движением.

Механический стандарт.

Надежность механической системы PXI определяется следующими факторами:

  •  применение модульной архитектуры Eurocard (подтверждено годами успешного использования в промышленной среде);
  •  механические компоненты и габаритные размеры, стандартизованные IEEE;
  •  механически взаимозаменяемые модули;
  •  модульная структура, обеспечивающая простоту сборки, модификации и замены модулей;
  •  возможность простой замены модулей;
  •  спецификация PXI, расширяющая возможности платформы CompactPCI для использования в условиях, требующих повышенной надежности, производительности и документации;
  •  большее время наработки на отказ.

На рис. 7 схематично показан вид крейта PXI. Крейт представляет собой шасси, в задней части которых расположены разъемы для подключения станций – контроллера и интерфейсов внешних устройств. Контроллер устанавливается в слот № 1; справа от него располагаются слоты для подключения интерфейсных модулей (до семи для крейтов с тактовой частотой 33 МГц и до 3 – для 66 МГц), слева могут располагаться дополнительные слоты для установки дополнительных платрасширений контроллера. Преимущества крейта:

  •  надежный и прочный корпус;
  •  многофункциональная задняя панель;
  •  совместимость с PXI и CompactPCI;
  •  идеальное исполнение для настольных, стоечных и мобильных приложений;
  •  рабочий диапазон температур от 0 до 55 °C;
  •  встроенный генератор тактовых импульсов с частотой 10 МГц;
  •  программируемая система переключения между сегментами шины.

Рис. 7. Схематический вид крейта PXI

Стандарт PXI допускает два типоразмера интерфейсных модулей (рис. 8): формат 3U, размером 100×160 мм с двумя разъемами для подключения к шине крейта (J1 и J2), и формат 6U, размером 233.35×160 мм, с четырьмя разъемами. Разъем J1 полностью аналогичен стандартному слоту PCI-32, разъем J2 содержит контакты, расширяющие шину данных PCI до 64 бит и выполняющие дополнительные функции PXI, назначение контактов двух других разъемов не стандартизовано.

Рис. 8. Типоразмеры плат PXI

Электрический стандарт.

Основные электрические характеристики стандарта PXI:

  •  тактовые частоты 33/66 МГц;
  •  возможность подключения до 7 (33 МГц) или 4 (66 МГц) интерфейсных модулей в одном крейте;
  •  передача 32- и 64-битных слов данных;
  •  пиковая скорость обмена от 132 Mб/с (32 бита, 33 МГц) до 528 Mб/с (64 бита, 66 МГц);
  •  возможность подключения дополнительных крейтов через PCI-PCI мост;
  •  линии питания 3.3 В;
  •  поддержка режима конфигурации Plug & Play.

В дополнение к обычным линиям PCI-шины стандарт PXI включает дополнительные линии, образующие локальную шину PXI. Каждый из интерфейсных модулей соединен 13 линиями этой шины со своим правым и левым соседом в крейте. Кроме этого, ближайший к контроллеру крейта слот (№ 2) звездообразно соединяется с остальными шестью (рис. 9). 13 линий локальной шины могут использоваться как для передачи цифровых сигналов в стандарте TTL, так и для аналоговых сигналов напряжением до 42 В, что определяется конструкцией отдельных модулей и должно учитываться при разработке соответствующего программного обеспечения. Контроллер PXI имеет встроенный таймер с тактовой частотой 10 МГц, который используется для синхронизации процессов в интерфейсных модулях.

Синхронизация и тактирование работы модулей осуществляются с помощью:

  •  использование высокоскоростной шины передачи данных PCI
  •  (132 МБ/с – средняя скорость, 528 МБ/с – максимальная);
  •  опорный тактовый сигнал частотой 10 МГц, подаваемый на все модули;
  •  шина запуска, реализующая подключение к ней различных модулей по топологии звезда и учитывающая длину пути сигналов переключения для уменьшения задержки и расфазировки моментов запуска различных приборов;
  •  шина запуска, управляющая передачей высокоскоростных сигналов тактирования и синхронизации между всеми устройствами и модулями;
  •  локальная шина, служащая для передачи высокочастотных цифровых и аналоговых сигналов между соседними модулями.

Рис. 9. Локальная шина PXI

Наличие звездообразного соединения модулей (триггер-линии, аналог линий LAN системы КАМАК), как и в КАМАК, позволяет передавать информацию непосредственно от интерфейсного модуля к контроллеру. Эти же линии могут использоваться для синхронизации процессов в интерфейсных модулях. При наличии специализированного модуля – контроллера триггеров возможна передача сигналов по триггер-линиям от одного модуля к другому, минуя контроллер, и, таким образом, организация достаточно сложных последовательностей операций, выполняемых интерфейсными модулями без участия контроллера крейта и управляющей ЭВМ.

Как компанией-разработчиком, так и другими фирмами (этому способствует то, что PXI является открытой архитектурой) выпускается широкий ассортимент крейтов, контроллеров и интерфейсных плат этого стандарта, назначение которых аналогично интерфейсам КАМАК. В то же время более высокие требования к электрическим и механическим параметрам компонент приводят к заметно более высоким ценам этих устройств. Выбор между PCI и PXI платформами зависит от потребностей вашего приложения в числе каналов и предъявляемых требований к надежности системы. Для большинства приложений с низким числом каналов хорошо подходят решения на базе шины PCI в силу своей доступной цены, хорошего качества работы и большого набора модулей. По мере увеличения числа каналов требуется использование платформы PXI, которая обладает большим числом разъемов для установки модулей. Несколько PXI-шасси с числом разъемов в каждом вплоть до 18, могут быть организованы в единую систему с использованием специализированных средств синхронизации. Еще одним фактором, определяющим выбор платформы, являются условия работы системы. Платформа PXI разработана в соответствии с надежными спецификациями разъемов и шасси и обеспечивает лучшее охлаждение, чем настольные, или промышленные компьютеры. Продукция для шин PCI и PXI разрабатывается с использованием одинаковых драйверов, и поэтому все эти продукты и программное обеспечение полностью совместимы. Например, вы можете сначала использовать оборудование на базе шины PCI, а затем, если изменится число каналов, или потребуется улучшить синхронизацию, перейти на PXI без необходимости изменения программного кода.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

51388. Построить решение, включающее в себя три проекта, которые содержат: проект DLL(библиотеку классов), консольный проект и Windows-проект 205.17 KB
  Построить Решение включающее в себя три проекта которые содержат: проект DLLбиблиотеку классов консольный проект и Windowsпроект. Построим аналог класса Mth и поместим этот класс в проект DLLбиблиотеку классов что позволит повторно использовать его присоединяя при необходимости к различным проектам. Все три проекта будут находиться в одном Решении. Создание проектов: 1 Создание DLL проекта типа Библиотека классовClss Librry Запустить VS со стартовой страницы перейти к созданию проекта и в качестве типа проекта указать...
51391. Подсчитать количество точек, пробелов и символов «b» в потоке данных 17.77 KB
  Алгоритм Начало Обьявление переменных ch=0 pt=0 sp=0 bi=0 Вывод списка команд Getchr=EOF вывод подсказки на экран printf vvedide chislo n; while ch=getchr=EOF до тех пор пока ch не равно EOF выполнять цикл ifch.
51393. Прямые измерения активного электрического сопротивления.(Измерения омметром, мультиметром и мостом) 1.4 MB
  Цель работы Получение навыков измерения активного электрического сопротивления далее сопротивления. Ознакомление с методами измерения активного сопротивления. Сведения необходимые для выполнения работы Перед выполнением работы повторите вопросы обработки и представления результата прямых и косвенных измерений и ознакомьтесь со следующими вопросами: Измерение электрического сопротивления постоянному току методами непосредственной оценки и сравнения с мерой.
51394. Измерение постоянного напряжения методом компенсации 978 KB
  Измерение постоянного напряжения методом компенсации Получение сведений о погрешностях измерения напряжения компенсационным методом. Устройство принцип действия и основные характеристики делителя постоянного напряжения. Компенсаторы потенциометры постоянного тока предназначены для измерения методом сравнения с мерой ЭДС напряжения и величин функционально с ними связанных.
51395. Индуктивные измерительные преобразователи. Измерение перемещения 589.46 KB
  Цель работы Ознакомление с устройством и применением индуктивного измерительного преобразователя на примере измерителя перемещения изучение метрологических характеристик измерительных преобразователей и схем их включения. В измерительной технике используются конструкции преобразователя с переменным воздушным зазором и соленоидные или плунжерные преобразователи которые и изучаются в данной работе. Это вызывает изменение магнитного сопротивления и индуктивности преобразователя L. При некоторых допущениях индуктивность преобразователя можно...