Marcin Wolański Wrocław 1998-11-23

III rok fizyki komputerowej poniedziałek godz. 17³⁰

Prowadzący: dr F. Gołek

Ćwiczenie 35

Temat: CYFROWY SYSTEM INTERFEJSOWY IEC 625-1

I. ZAGADNIENIA TEORETYCZNE.

Podobne efekty jak wyspecjalizowana aparatura pomiarowa daje stosowanie systemów pomiarowych sterowanych komputerem. Koncepcja budowy systemów pomiarowych z bloków stanowiących zespół zunifikowanych jednostek funkcjonalnych wynika z warunków ekonomicznych. Z jednego takiego zespołu można budować systemy do różnych zadań i to w krótkim czasie i przy minimalnych kosztach. Jedną z wersji tej koncepcji jest składanie systemów z ogólnie dostępnej aparatury uniwersalnej. Warunkiem podstawowym jest jej unifikacja pod względem interfejsowym. Ogólnie zespół urządzeń występujących w systemach pomiarowych można podzielić na: urządzenia pomiarowe, zbierania informacji, przekształcania informacji, wytwarzania oddziaływań, rejestrujące i pamiętające informację, pomocnicze. Wszystkie te urządzenia muszą mieć możliwość wysyłania lub przyjmowania kodowanej cyfrowo informacji. W zasadzie wystarcza, jeżeli urządzenie przeznaczone do pracy w systemie ma następujące możliwości: zdalnego sterowania i programowania, wysyłania informacji uzyskanych, wysyłania informacji statusowych, wysyłania komunikatów alarmowych.

Procesem wysyłania i odbierania wspomnianych informacji zajmują się układy interfejsowe urządzeń. Współpraca urządzeń jest możliwa wyłącznie pod warunkiem ich kompatybilności interfejsowej. Interfejs systemu pomiarowego określa następujące własności systemu: szybkość transmisji danych pomiędzy urządzeniami, dopuszczalne rozłożenie terytorialne systemu, dopuszczalną liczbę oddzielnych urządzeń tworzących system. Obecnie większość produkowanej na świecie aparatury posiada interfejs IEC 625. Umożliwia on składanie systemów o bardzo różnym stopniu złożenia struktury, jak

i realizowanych automatycznie procedur pomiarowych (do 15 osobnych urządzeń, maksymalna długość magistrali 20 m., maksymalna szybkość transmisji 500 kb/s). Interfejs ten został opracowany na początku lat siedemdziesiątych w firmie Hawlett-Packard. Do komunikacji między CPU a pamięcią lub urządzeniami peryferyjnymi wszystkie komputery używają magistrali, czyli zestawu wspólnych linii służących do wymiany danych. Magistrala interfejsu składa się z 16 linii sygnałowych. Osiem (zależy od ilości bitów w słowie komputera) z nich tworzy szynę danych i służy do przekazywania wielobajtowych komunikatów interfejsowych lub urządzeniowych. Szyna danych jest dwukierunkowa. Bajty komunikatów są przekazywane szeregowo jeden po drugim z wykorzystaniem tzw. handshake'u (czyli synchronizacji). Do sterowania (określeni kto powinien nadawać, a kto odbierać) transmisją bajta służą linie DAV, NRFD i NDAC o następującym znaczeniu:

-DAV (dane ważne) sygnalizuje dostępność i ważność bajta na szynie DIO;

-NRFD (nie gotowe do odbioru bajta) sygnalizuje gotowość urządzeń odbierających do odbioru bajta;

-NDAC (dane nie odebrane) sygnalizuje stan odebrania bajta przez urządzenia odbierające.

Pięć pozostałych linii służy do ogólnego sterowania interfejsem systemu pomiarowego (określa operację na magistrali). Rola tych linii jest następująca:

-IFC (zerowanie) służy kontrolerowi do zerowania układów interfejsowych urządzeń pomiarowych;

-REN (zezwolenie na programowanie zdalne) sterowana przez kontroler zezwala urządzeniom przejść do stanu sterowania zdalnego;

-SRQ (żądanie obsługi) służy urządzeniom do powiadomienia kontrolera o potrzebie ich obsługi;

-ATN (uwaga) służy kontrolerowi do powiadamiania urządzeń o rodzaju komunikatu na szynie DIO;

-EOI (koniec lub identyfikacja) wykorzystywana przez nadajnik komunikatu do wskazania końca wielobajtowej sekwencji danych lub przez kontroler do realizacji procesu odpytywania równoległego.

Rozróżnianie komunikatów na szynie DIO jest realizowane za pomocą linii ATN i dodatkowo EOI. W zależności od ich stanu można mówić o określonym trybie pracy interfejsu.

Sprawna i efektywna wymiana komunikatów w systemie pomiarowym wymaga odpowiedniej organizacji w obszarze interfejsu systemu pomiarowego. Podczas wymiany komunikatów musi być wyznaczonych ich nadajnik oraz jeden lub więcej odbiorników. Możliwości pracy urządzenia w trybie kontrolera, nadajnika lub odbiornika są podstawowymi własnościami urządzeń systemu interfejsowego. Każde z urządzeń może mieć wszystkie trzy możliwości pracy lub tylko niektóre z nich, ale w danej chwili tylko jedna z nich może być aktywna. Przed transmisją komunikatu urządzeniowego kontroler systemu musi wyznaczyć jego nadajnik oraz jego odbiornik. Wyznaczanie nadajnika i odbiorników wiąże się

z przesyłaniem komunikatów interfejsowych, których nadajnikiem jest zawsze kontroler systemu, a odbiornikami układy interfejsowe wszystkich urządzeń dołączonych do magistrali interfejsowej. Oba rodzaje komunikatów są przesyłane w różnych trybach pracy interfejsu; urządzeniowe w trybie danych; interfejsowe natomiast w trybie rozkazowym. W obu przypadkach sekwencje bajtów są transmitowane tzw. metodą handshake'u trójprzewodowego (wykorzystuje dwie linie: linię potwierdzenia gotowości odbiorników NRFD i linię potwierdzenia akceptacji bajta przez wszystkie odbiorniki NDAC). Jest to asynchroniczny sposób transmisji, w którym szybkość przesyłania bajtów dostosowuje się automatycznie do aktualnie najwolniejszego urządzenia. Proces transmisji rozpoczyna się od sprawdzenia przez nadajnik stanu linii go-

towości odbiorników. Jeśli urządzenia są gotowe, to nadajnik wysyła bajt na szynę danych oraz zgłasza jego ważność,

wysterowując odpowiedni linie ważności bajta. Odbiorniki, po sprawdzeniu ważności bajta, likwidują stan swojej gotowości i przystępują do odbioru, czyli wpisania bajta do swoich buforów wewnętrznych. Stan przyjęcia potwierdzają

sygnałami akceptacji, z których tworzony jest globalny sygnał akceptacji. Nadajnik stwierdzając akceptację bajta, likwiduje sygnał ważności i przygotowuje do wysłania kolejny bajt, jednocześnie oczekując na gotowość odbiorników. Po uzyskaniu stanu gotowości wszystkich odbiorników cykl pracy się powtarza.

Oprócz funkcji interfejsowych układ interfejsowy posiada jeszcze układy koderów i dekoderów komunikatów oraz układy nadajników i odbiorników linii interfejsowych.

Rodzaje komunikatów: lokalne, interfejsowe, urządzeniowe. Komunikaty lokalne obejmują wszystkie sygnały zapewniające współpracę funkcji interfejsowych i urządzeniowych w obrębi danego urządzenia. Komunikaty interfejsowe są natomiast tymi, które realizują współdziałanie funkcji interfejsowych wszystkich urządzeń w systemie. Z kolei komunikaty urządzeniowe są informacjami przesyłanymi pomiędzy funkcjami urządzeniowymi. Najczęściej są to dane pomiarowe. Jednolite oraz wieloliniowe (rozkazy i adresy interfejsowe) komunikaty interfejsowe służą do sterowania. Zbiór komunikatów wieloliniowych jest podzielony na kilka grup o różnym przeznaczeniu. Jedną z nich jest grupa rozkazów odbioru adresu (LAG). Kolejną grupę tworzą adresy nadawania (TAG). W wielofunkcyjnych urządzeniach pomiarowych stosuje się tzw. adresowanie podwójne. Adres pierwszego rodzaju (LAG lub TAG) wybiera urządzenie, adres wtórny natomiast pozwala wybrać określona część funkcjonalną takiego złożonego urządzenia.

W chwili kiedy nadejdzie przerwanie trzeba ustalić, które urządzenie wejścia/wyjscia je wygenerowało. W tym celu na początku programu obsługi przerwań należy napisać procedurę sprawdzającą kolejno słowa statusu urządzeń wejścia/wyjścia i sprawdzić bity przerwań. Takie postępowanie nazywamy odpytywanie szeregowym. Gdy w ten sposób określi się, skąd pochodzi przerwanie, należy wprowadzić program w odpowiednią procedurę obsługi. Jeśli w jednym czasie nadchodzi wiele przerwań trzeba na podstawie wcześniej utworzonej listy priorytetowej ustalić, które z urządzeń ma zostać obsłużone jako pierwsze. Czas obsługi jest tym dłuższy im niższy jest numer priorytetu. Można tego uniknąć stosując kontroler przerwań. Umożliwia on odpowiedni skok do odpowiedniej procedury obsługi.

II. WYKONANIE ĆWICZENIA I WNIOSKI.

Celem ćwiczenia było zbadanie charakterystyki prądowo napięciowej dla diody zarówno w kierunku przewodzenia jak i w kierunku zaporowym przy pomocy systemu pomiarowego sterowanego komputerem. W naszym przypadku kontrolerem był komputer, zasilacz nadajnikiem i odbiornikiem, a mierniki nadajnikami.

Układ połączyłem wg. poniższego schematu:

Następną czynnością jaką wykonałem było sprawdzenie adresów mierników (woltomierzy)V1, V2 oraz zasilacza. Przełącznik adresowy danego przyrządu znajdował się na tylnej ścianie jego obudowy. Adres był podany w formie zapisu binarnego. Po wybraniu pięciu najmłodszych bitów przełącznika musiałem zamienić otrzymaną liczbę na odpowiadającą jej liczbę w kodzie dziesiętnym( zasilacz 18 10010, mierniki 19 10011 oraz 16 10000). Podłączyłem układ do zasilania i uruchomiłem program `prac'. Na miernikach znajdowały się wartości napięcia, dla którego układ dokonywał pomiarów, a na zasilaczu wartości napięcia i natężenia. Wszystkie je musiałem wstawić do programu aby skonfigurować układ. Dodatkowo musiałem podać adresy poszczególnych przyrządów, zadać zakres napięcia, dla którego wykonywałem pomiary oraz krok co jaki miały być one wykonywane. Dopiero teraz mogłem przystąpić do właściwych pomiarów. Moim zadaniem było zbadanie charakterystyki prądowo napięciowej diody. Jako pierwszą sprawdziłem charakterystykę w kierunku przewodzenia. Wykres zależności I = I(U) zamieszczony jest na stronie 4. Zakres woltomierzy ustawiłem następująco

V1 = 1[V] i V2 = 100[V]. Zasilacz miał zakresy 29[V] i 0,5[A]. Napięcie początkowe wynosiło 0[V], a końcowe 29,99[V].Krok napięcia ustawiłem na 0,5[V]. Załączony wykres charakterystyki prądowo napięciowej jest zgodny z oczekiwaniami. Prąd przewodzenia wzrasta do dużej wartości już przy małych napięciach. Nie może ono przekroczyć określonej wartości maksymalnej ponieważ grozi to termicznym zniszczeniem diody .W naszym przypadku maksymalny prąd przewodzenia wynosi I_max = 28[mA], a napięcie przewodzenia przy prądzie 0.1 I_max U_p = 0,59[V]. Możemy wyciągnąć wniosek, że badana dioda była diodą krzemową (napięcie przewodzenia dla krzemu leży w przedziale od 0.5[V] do 0.8[V])

Następnie przystąpiłem do badania charakterystyki prądowo napięciowej dla tej samej diody ale teraz w kierunku zaporowym. W tym przypadku zakres woltomierzy ustawiłem następująco V1 = 100[V], V2 = 0,1[V]. Pozostałe parametry nie uległy zmianie. Otrzymany wykres znajduje się na stronie 5. Jest to w przybliżeniu zależność liniowa. Otrzymałem taki wykres ponieważ podczas pomiaru prąd nie płynął przez diodę, a jedynie przez miernik. Działo się tak dlatego, że opór diody w kierunku zaporowym, był dużo większy niż opór miernika.

- 1 -

---