Модуль счетчика имульсов с предустановкой в стандарте камак

Техническое задание

Исполнитель

студентка 348 гр.

________ Цихоцкая А.В.

«___»_________2012 г.

2012

Техническое задание

1 Наименование и область применения

1.1 Модуль счетчика импульсов с предустановкой предназначен для прямого счета импульсов и включения/выключения цепи управления внешним объектом по достижении заданного количества импульсов.

2 Основание для разработки

2.1 Разработка выполняется на основании задания на курсовой проект по дисциплине «Автоматизация измерений».

2.2 Наименование и условное обозначение темы: «Модуль счетчика импульсов с предустановкой».

3 Цель и назначение разработки

3.1 Целью данной работы является приобретение навыков при разработке функциональных блоков, сопрягаемых с ЭВМ посредством стандартных интерфейсов.

3.2 Указанная цель достигается тем, что выполняются следующие задачи:

• обзор литературных источников;

• выбор разрядности внутренней шины данных и количества адресуемых регистров;

• присвоение субадресов внутренним регистрам и описание их форматов;

• установление источников запроса на обслуживание;

• составление списка команд и сигналов в виде таблицы;

• составление укрупненной структурной схемы модуля счетчика импульсов с предустановкой;

• составление временных диаграмм входных, выходных и внутренних сигналов;

• разработка подробной функциональной схемы модуль счетчика импульсов с предустановкой;

• разработка принципиальной схемы проектируемого устройства и описание ее работы;

• разработка блок-схемы, алгоритма;

• разработка конструкции и общего вида модуля счетчика импульсов с предустановкой.

4 Источники разработки

1. Титаренко С. П., Черепащук Г. А. Применение технических средств КАМАК для реализации АСУ ТП и АСК ХАИ-1990 – 71с.

2. Черепащук Г. А., Соболевский К. В., Подарева Н. М. Изучение стандартного измерительного интерфейса КАМАК ХАИ-1992–24 с.

3. Певчев Ю. Ф., Финогенов К. Г. Автоматизация физического эксперимента М:, Энергоатомиздат 1986 – 367с.

4. Пухальский Г. И., Новосельцева Т. Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах, М:, «Радио и связь» 1990 – 303с.

5. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах, 1987г. –304с.

5 Технические требования

5.1 Состав продукции и требования к конструктивному устройству.

5.1.1 В состав изделия должны входить:

• модуль счетчика импульсов (1 шт.);

• входной и выходной разъемы (2 шт.);

• техническое описание, эксплуатационная и ремонтная документация ;

• инструкция по эксплуатации (1 шт.);

• упаковочная коробка (1 шт.).

5.1.2 Масса блока – не более 0,4 кг.

5.1.3 Составные части модуля счетчика импульсов должны быть взаимозаменяемы по электрическим параметрам и габаритным размерам.

5.2 Основные технические параметры продукции.

5.2.1 Емкость до 10⁷ импульсов.

5.2.2 Питание +6В.

5.2.3 Частота входного сигнала от 1Гц до 1МГц.

5.2.4 Устройство управления нагрузкой : электромагнитное реле (макс.5А или 1100Вт).

5. Скорость переключения между состояниями Вкл/Выкл 50мс.

5.2.6 Все уровни ТТЛ.

5.2.7 Предустановка в диапазоне от 1 до 10⁷ импульсов.

5.2.8 Цифровой светодиодный индикатор.

5.3 Требования к надежности.

5.3.1 Гарантийный срок эксплуатации – 12 месяцев.

5.3.2 Средняя наработка на отказ – 100000 часов.

5.4. Требования к технологичности и метрологическому обеспечению.

5.4.1 Установка – в стандартном крейте КАМАК.

5.5 Модуль счетчика импульсов с предустановкой не должен влиять на окружающую среду.

5.6 Эстетические и эргономические требования.

5.6.1 Модуль счетчика импульсов с предустановкой должен иметь простой монтаж и обслуживание.

5.6.2 Модуль счетчика импульсов с предустановкой должен быть удобный в использовании.

5.7 Требования к патентной чистоте.

5.7.1 Патентная чистота обеспечивается по отношению таких стран, как: Япония, Китай, Россия, Молдавия, Англия, Германия, Польша, США.

5.8 Все составляющие модуля счетчика импульсов с предустановкой изготавливаются из высококачественного сырья.

5.9 Устройство должно сохранять свою работоспособность в следующих условиях:

• температура окружающей среды – 10…+45 ^оС;

• относительная влажность – 85 3 % ;

• нормальное атмосферное давление – 101,33 3,83 кПа.

5.10 Требования к маркировке и упаковке.

5.10.1 Маркировку составных частей модуля производить поГОСТ 26286-89.

5.10.2 Упаковка должна осуществляться согласно ОСТ 92-0935-89.

5.11 Требования к хранению и транспортировке.

5.11.1 Температура хранения: -10…+50 ^оС; влажность: 45 – 85%.

5.11.2 Транспортировка составных частей модуля должна производиться любыми видами транспорта без ограничений.

5.11.3 В процессе транспортировки, погрузки и выгрузки составных частей модуля исключать возможность падения с высоты, ударов, приводящих к разрушению упаковки.

5.12 Требования к качеству согласно ГОСТ 2.116-89.

5.13 Правила приемки и виды испытаний

5.13.1 Модуль счетчика импульсов с предустановкой подвергается испытаниям согласно ГОСТ 15.005 и метрологической аттестации по ГОСТ 8.326.

6 Порядок контроля и приемки

6.1 Перечень конструкторских документов:

• ТЗ на разработку;

• инструкция по эксплуатации;

• паспорт.

Настоящее техническое задание может дополняться и исправляться в установленном порядке.

ВВЕДЕНИЕ

Для обеспечения легкого соединения входов и выходов аппаратуры автоматических систем друг с другом необходимо выдержать определенные требования к «месту их соприкосновения» как со стороны одного элемента, так и со стороны другого. Устройства, используемые для соединения элементов системы между собой в целях обеспечения возможности передачи информации, называются интерфейсами (от англ. interface - поверхность соприкосновения). Тем же словом интерфейс принято называть совокупность стандартизованных требований к одноименному устройству.

Требования стандартного интерфейса определяют три группы основных показателей: 1) способ обмена информацией; 2) электрические параметры аппаратуры интерфейса; 3) конструкцию аппаратуры.

Требования к способу передачи информации задают: 1) размер и формат используемых слов; 2) принятую систему кодирования; 3) процедуру анализа запросов на обслуживание и приоритетную систему; 4) допустимые команды и адресацию; 5) процедуру обмена сигналами во время передачи информации.

Требования к электрическим параметрам аппаратуры интерфейса устанавливают: 1) пределы изменения электрических сигналов, принимаемые за логический ноль и единицу, на выходах источников и на входах приемников сигналов; 2) нагрузочные характеристики источников и приемников сигналов; 3) электрические характеристики каналов передачи сигналов (волновые сопротивления, допустимая длина кабелей); 4) электрические характеристики сигналов (допустимая длительность, крутизна фронтов); 5) принятые уровни напряжения источников питания; 6) допустимые условия эксплуатации.

Требования к конструкции могут охватывать детальные подроб­ности относительно размеров как устройств самого интерфейса, так и сопрягаемых с его помощью элементов системы. В простейших случаях они сводятся к определению типов, количества, мест рас­положения используемых разъемов и порядка разводки сигналов по их контактам.

Интерфейс любого типа должен обеспечивать: 1) простое и быстрое соединение данного устройства с любым другим, имеющим такой же интерфейс; 2) совместную работу устройств без ухудшения их тех­нических характеристик; 3) высокую надежность.

Все многообразие созданных в настоящее время интерфейсов можно разделить на пять типов: 1) интерфейсы типа прибор-прибор; 2) интерфейсы типа ЭВМ-внешнее устройство (ЭВМ-ВУ); 3) интер­фейсы типа ЭВМ-ЭВМ, или межпроцессорные интерфейсы; 4) интер­фейсы сети связи ЭВМ; 5) интерфейсы типа интерфейс-интерфейс.

Интерфейс типа прибор-прибор обеспечивает соединение и совместную работу в автономном режиме, т. е. без участия ЭВМ, двух или нескольких функциональных устройств (приборов, моду­лей), выполняющих обычно относительно узкую задачу. Расширение функций достигается подключением дополнительных приборов, из­менение функций - заменой приборов. Интерфейс типа прибор-­прибор наиболее простой по сравнению с интерфейсами других типов.

Интерфейс типа ЭВМ-ВУ применяется при построении однопро­цессорных вычислительных систем. В первых интерфейсах этого типа на ЭВМ были возложены главные функции по управлению движением информации. В более новых моделях четко проявляется тенденция приоритетного обслуживания, при которой в некоторых случаях ВУ могут иметь более высокий приоритет, чем процессор.

Например, в интерфейсе «Общая шина» приоритет ЭВМ зависит от выполняемой в некоторый момент программы и может изменяться в пределах от 0 до 7. ВУ имеют жесткие уровни приоритета от 5 до 7, а также самый высокий приоритет прямого доступа в память.

Интерфейс типа ЭВМ-ЭВМ обеспечивает обмен информацией между двумя или несколькими ЭВМ и позволяет создавать много­процессорные системы. В некоторых случаях межпроцессорный интерфейс может быть построен на основе использования двух интер­фейсов типа ЭВМ-ВУ.

Интерфейс сети связи ЭВМ, или сетевой интерфейс, обеспечивает обмен информацией между пространственно распределенными, не­редко весьма удаленными друг от друга ЭВМ, терминальными станциями и аппаратурой каналов связи.

При необходимости соединения аппаратуры, имеющей различные интерфейсы, приходится создавать устройства согласования интерфейсов; т. е. интер­фейс интерфейсов. Обычно это либо нестандартная аппаратура, созданная для решения конкретной задачи, либо устройства, входя­щие в состав интерфейса типа прибор-прибор. Так, интерфейс типа интерфейс­-интерфейс входит в состав интерфейса САМАС, где они используются для согласования этого интерфейса с интерфейсами ЭВМ различных типов. Аналогичные этим устройства интерфейс­-интерфейс имеются в составе интерфейсов HP и MEDIA [1].

В таблице 1 приведены некоторые стандартные интерфейсы .

Проведём анализ и сопоставление некоторых стандартных интерфейсов с учетом обеспечиваемых ими алгоритмических функциональных возможностей и ин­формационной пропускной способности магистрали стандартных интерфейсов как унифицированного канала связи.

Таблица 1 – Типы некоторых стандартных интерфейсов [2]

Интерфейс		Страна, фирма, семейство ЭВМ	Область применения
Название	Тип
UNIBUS (Общая шина)	ЭВМ-ВУ ЭВМ-ЭВМ	Международные интерфейсы	Одно- и многопроцессор-ные вычислительные системы
CAMAC	Прибор-прибор		Информационно-измерительные системы
EC ЭВМ	ЭВМ-ВУ	СССР, ЕС ЭВМ	Одно- и многопроцессор-ные вычислительные системы
Сопряжение 2К		СССР, УВК СМ ЭВМ, СМ1, СМ2	Однопроцессорные вычис-лительные системы
NIM	Прибор-прибор	США	Информационно-измерительные системы
BS4421		Великобритания	Информационно-измерительные системы, сети связи ЭВМ
MEDIA			Информационно-измерительные системы
PARTYLINE		Германия, фирма «Филипс»	Магистральные информационно-измерительные системы
HP	Прибор-прибор, ЭВМ-ВУ	США, фирма «Хьюлит-Паккард»
PEGAMAT		Германия, фирма «Сименс»
IMS-1	Прибор-прибор	Страны СЭВ	Каскадные и радиальные информационно-измерительные системы
SIAL			Информационно-изме-рительные системы, системы автомати-ческого регулирования
SI 1.2		Германия	Каскадные и радиальные информационно-измерительные системы
SI 2.2			Магистральные информационно-измерительные системы
SIF 1000	ЭВМ-ВУ		Однопроцессорные вычис-лительные системы, информационно-измерительные системы

Опишем набор характеристик, предлагаемый исходя из этих позиций, и назовём его информационно-алгоритмическим. Очевид­но, что стандартный интерфейс может быть описан статически и ди­намически. В части информационно-алгорит­мических характеристик, составляю­щих статическое описание, должны содержать­ся сведения об алгоритмических аспектах стандартного интерфейса, т. е. о том, какие виды обмена данными и в каких объемах могут выполняться, какие и в какой последовательности действия выполня­ются при обмене данными через стандартный интерфейс. Эти характеристики сведены в таблицу 2 [3].

Таблица 2 – Информационно-алгоритмические характеристики некоторых стандартных интерфейсов

Наименование характеристики

Наименование стандартного интерфейса

CAMAC

COMPEX

E3S

BUS-I

VME

MULTI BUS-II (iPSB)

Набор и расположение устройств в системах автоматизации экспериментов

Видимость, количество каналов: Конструктивная и логическая

24х62 -

24 -

20х7 До 62х32х7

20; 30 -

20 -

20 -

Количество пара-ллельно работающих источников программ

Крейт - до 9

До 9

До 19х7

3; >3

До 19

До 20

Реализуемая тополо-гия (стандартное группирование ус-тройств, виды связи между группами)

Крейт, ветвь последо-ватель-ной ма-гистра-ли, па-ралле-льная и последо-ватель-ная связи

Крейт

Крейт пара-ллель-ной связи

Крейт

Крейт

Крейт

Специальные виды ус-тройств для работы магистрали станда-ртного интерфейса

Конт-роллер крейта

Конт-роллер крейта

Арбитр, блок связи с другими крейта-ми

Ар-битр

Систе-мный конт-роллер

Служебный модуль

Ограничения на рас-положение устройств

Конт-роллер крейта- станции 24, 25

Конт-роллер крейта - станции 24, 25

Арбитр– станция 1, блок связи – станция 2

Нет

Систе-мный конт-роллер – стан-ция 1

Служебный модуль – станция 0

Обмен данными

Доступ к данным Размер адресного пространства на ма-гистрали стандарт-ного интерфейса

Крейт -368

4х2х24

До 2х32

2х24

2х24, 2х32

2х32

Адресуемые единицы данных, бит

24

24

8, 16, 32

8, 16

8, 16, 32

8, 16, 24, 32

Разделение адрес-ного пространства на зоны, их наимено-вания и размеры

Субад-реса модуля, 16

Страни-цы (стр.) 0-3, стр.0– регистры данных

Па-мять до 2х32

Па-мять – 2х24

Не опре-делено

Память – 2х32

Возможные виды ад-ресации для каждой зоны: Л – логическая, Г – географическая, В – групповая, ГД – географическая двухступенчатая

Г, ГД

Л, Г

Л, В

Не опре-деле-нв

В

Л, В

Возможность моно-полизаци доступа к зонам: способ захва-та доступа, способ защиты от зоны доступа

Отсут-ствует

Отсут-ствует

Захват канала: запись в сигна-турный регистр

Не опре-деле-но

Меха-низм приви-леги-рован-ного досту-па

Не опреде-лено

Разделение ма-гистрали стандар-тного интерфейса во времени источ-никами программ Арбитраж доступа к магистрали станда-ртного интерфейса:

Наименование характеристики

Наименование стандартного интерфейса

CAMAC

COMPEX

E3S

BUS-I

VME

MULTI BUS-II (iPSB)

РЦ – распределенный по схеме цепочки; РК - распределенный по коду приоритете; ЦЦ – централизованный по схеме цепочки; ЦН – централизован-ный по схеме не-зависимых запросов; Т – с учетом времени доступа; П – с уче-том уровня приоритета

РЦ

РЦ

ЦН

РЦ, ЦЦ, РЦ+ ЦЦ

ЦН – П, ко-льце-вой оп-рос РЦ

РК – Т - П

Способ установки приоритета источ-ника программ: П – положение модуля; К – название кода

П

П

П

П

ПК

К

Прохождение запросов обслуживания

Возможность пере-дачи запроса обслужи- вания от любого устройства к любому из источников про-граммы через магис-траль интерфейса

В пре-делах крейта

В пре-делах крейта

В пре-делах систе-мы

В пре-делах крей-та

В пре-делах крейта

В пре-делах крейта

Способ передачи зап-роса обслуживания: LAM – выставление сигнала от модуля на индивидуальную шину; СЦ – передача адреса вектора пре-рывания в специа-льном цикле магист-рали интерфейса; ОЦ – передача в обычном цикле

LAM

LAM

СЦ

СЦ

СЦ

ОЦ

Ограничения на коли-чество источников или приемников зап-росов обслуживания

23 LAM

23 LAM

Количе-ство источ-ников по числу каналов

Не опре-деле-но

Не опре-деле-но

255/255

Наименование характеристики

Наименование стандартного интерфейса

CAMAC

COMPEX

E3S

BUS-I

VME

MULTI BUS-II (iPSB)

Наличие механизма приоритетов в ма-гистрали интерфейса

Отсут-ствует

Отсут-ствует

Отсут-ствует

Но-мер линии (1-8)

Цепоч-кой но-мер линии (1-7)

Арбитраж доступа к магистра-ли

Характеристики количества, состава, рас­положения. Очевидно, что алгоритмы функци­онирования систем автоматизации эксперимента в целом, определяемые ус­ловиями эксперимента, требуют для своей реа­лизации соответствующего набора устройств и их расположения в пространстве. Ряд условий стандартного интерфейса может накладывать ограничения на коли­чество, состав, расположение устройств в системах автоматизации эксперимента и, тем самым, на возможности реализации требований её алгоритмов.

Предлагается исполь­зовать две характеристики: конструктивная вместимость (максимальное число модулей интерфейса); логическая вме­стимость (максимальное число адресуемых с магистрали стандартного интерфейса регистров).

Существенно, влияет на алгоритмы обмена данными топология, т. е. расположение источников и приемников информации относительно магистрали интерфейса. Интерфейсах модули обычно по механическим (конструктивным) условиям - группируются в крейты с магистралью интерфейса определенного типа, а крейты зачастую могут связываться через магистрали другого типа. Магистрали связи крейтов могут обеспечивать па­раллельный, - последовательный и, произволь­ный виды связи.

Важны и такие харак­теристики интерфейса, как возможное количество ис­точников программ, которое можно подключить к магистрали, необходимость специальных видов уст­ройств для работы магистрали (арбитров, блоков наблюдения за магистралью, таймеров, блоков связи между группами модулей и т. п.). Естественно, что специальные устройства могут требовать строго определенного положения в стандарт­ном интерфейсе, а это накладывает опреде­ленные ограничения на расположение устройств.­

На особенности передачи данных через магистраль очень сильно влияют определяемые стандартными интерфейсами способы доступа к данным. Это, во-первых, связано с размерами и организацией пространства адре­суемых с магистрали интерфейсов регистров, т. е. со стандартным разделением его на определенные зоны (груп­пы регистров). Далее важнейшей характери­стикой являются возможные виды адресации. В случае географической или позиционной адресации блок адресуется по номеру позиции размещения его в крейте. Схема адресации выполняется двумя способами. В первом контроллер выдает сигнал на радиаль­ную линию, соответствующую номеру позиции адресуемого блока, и код адреса регистра (ад­реса в блоке) - на шины адреса. Во втором способе код номера позиции подается ведущим блоком на шины адреса в первом цикле адреса. После инди­кации ведущим блоком на соответствующих шинах этого вида адресации каждый блок сравнивает код на шинах адреса с кодом номера позиции, предварительно установленным на спе­циальной группе контактов разъема магистра­ли. Адрес регистра передается во втором цикле адреса и затем следует цикл данных. Для адресации регистра независимо от но­мера позиции размещения блока в крейте при­меняется логическая адресация. При этом ад­ресное слово интерфейса делится в общем слу­чае на три поля, начиная со старшего разряда: номер крейта, номер модуля и номер регистра в модуле. Число разрядов для каждого поля определяется разработчиком блока. В этом случае необходима дешифрация всего адрес­ного слова. При групповой адресации одновременно адресуется несколько модулей в одном или нескольких крейтах. В первом цикле адреса слово на ад­ресных шинах содержит код «номера крейта» и специальный код условий (в младших разря­дах), используемый для задания указаний бло­кам связи и команд, которые необходимо вы­полнить в модуле. По сигналу ведущего (на шинах индикации этого вида адресации) каж­дый блок связи проверяет, имеется ли в наборе его адресов адрес, совпадающий с адресом «номера крейта» на адресных шинах. Во втором цикле адреса блоки связи передают адрес ре­гистра от ведущего, каждый на магистраль своего крейта.

В многопроцессорной системе автоматизации эксперимента, существует проблема организации защиты ресур­сов при их разделении во времени. Поэтому важной характеристикой интерфейсов являются возмож­ность монополизации доступа к определенным областям адресов и соответственно способы за­хвата доступа и виды защиты от доступа.

Существенны вопросы, связанные с организацией разделения магистрали процессорами во времени. Для обмена данными через магистраль процессор должен получить доступ к управлению магистралью.

В интерфейсах можно выделить по выпол­няемым функциям магистрали доступа, основ­ную (параллельную) и дополнительную (последовательную) магистрали. Источники программы выдают запросы доступа к основной магистрали на магистраль доступа. В результате процесса арбитража на магистрали дос­тупа источник программы со старшим приоритетом занимает ос­новную магистраль и выполняет операции с модулями (чтение, запись и др.). Дополнительная магистраль служит для диаг­ностики и обмена данными независимо от основной.

С точки зрения управления доступом нескольких контрол­леров к магистрали применяются централизо­ванное и распределенное управление и две схемы обработки запросов доступа: «цепочка» и неза­висимые запросы. В интерфейсе с централи­зованным управлением логический узел обра­ботки запросов сосредоточен в одном блоке. В схеме «цепочки» логический. узел, получив от любого контроллера сигнал по шине Запрос, выдает сигнал на линию Разрешение. Эта линия последовательно связы­вает все контроллеры. Контроллер пропускает сигнал дальше, если не собирается занимать магистраль. Занимая магистраль, контроллер не пропускает сигнал по линии Разрешение, вы­дает сигнал Занято и начинает операцию на основной магистрали. При наличии сигнала Занято сигнал Разрешение не выдается. Завер­шив операцию, контроллер снимает сигнал Занято и процесс повторяется. При обработке по схеме независимых за­просов логический узел обработки в ответ на Запрос контроллера выдает сигнал Согласие в выбранный контроллер. Этот контроллер снимает сигнал Запрос, вы­дает сигнал Занято и начинает операцию. Завершив операцию, контроллер снимает сигнал Занято, а узел обработки - сигнал Согласие, и процесс повторяется. Если линии запроса двунаправленные, шина Согласие отсутствует.

В интерфейсе с распределенным управле­нием логические узлы обработки запросов размещены в самих контроллерах. При обра­ботке по схеме независимых запросов все контроллеры с запросами выдают коды приоритетов на шины Запрос. В ре­зультате процесса арбитража контроллер со старшим приоритетом выдает сигнал на шину Занято, а остальные контроллеры снимают коды приоритета с шин Запрос. Длительность процесса арбитража не превышает нескольких задержек распространения сигнала на магист­рали. Функциональное выделение магистрали доступа обеспечивает возможность временного перекрытия процесса доступа к магистрали и операции на основной магистрали.

На алгоритмы передачи данных существен­ное влияние оказывает и такая характеристика, как возможность монополизации магистрали интерфейса ка­ким-либо источником программ. Монополиза­ция магистрали может требоваться для организации быстрых передач массивов данных. Слишком длительное использование магистрали одним источ­ником программ может привести к ошибкам в работе автоматизированных систем.

Важной характеристикой алго­ритмов работы магистрали является возможность прохождения запросов обслуживания в преде­лах всей системы, т. е. без ограничения на рас­положение источника запроса и устройства, ко­торому направляется запрос. В некоторых ал­горитмах автоматизированных систем в качестве ограничения может выступать допустимое число источников запро­сов. Существенной характеристикой является ме­ханизм прохождения запроса. Запрос может выставляться модулем по индивидуаль­ной шине и поступать в контроллер. При этом адреса векторов прерываний источника про­грамм находится непосредственно в контроллере; между сигналом LAM и адресом вектора прерывания однозначное соответствие может уста­навливаться аппаратными средствами, тогда длительность фазы обработки запроса пренебрежимо мала. В других вариантах запрос должен проходить в форме передачи адреса вектора прерывания в источник программ. При этом должны выполняться все необходимые действия, связанные с захватом управления магистралью, а затем - с организацией циклов пересылки адреса вектора прерывания. В некоторых стандартных интерфейсах пересылка адреса вектора обмена прерывания выполняется без выставления сигнала запроса обслуживания (требования прерывания) в обычных циклах обмена данными магистрали.

Используя характеристики интерфейса КАМАК, разработаем интерфейсный модуль счетчика импульсов с предустановкой.