Rafał Tusz 13,grudzień,1999

Fizyka ,III rok

Poniedziałek, godz. 15¹⁵ - 18^15­­

Cyfrowy System Interfejsowy IEC 625-1

Ćwiczenie nr 35

1. Część teoretyczna.

Magistrala interfejsu IEC-625 zbudowana jest z 16 linii sygnałowych, z których osiem tworzy dwukierunkową szynę danych (DIO1-8) służącą do przenoszenia wielobajtowych komunikatów interfejsowych lub urządzeniowych. Bajty komunikatów są przesyłane szeregowo jeden po drugim z wykorzystaniem cyklu synchronizacji tzw. trójprzewodowego handshake'u. Za sterowanie transmisją bajtu odpowiedzialne są linie oznaczone jako:

• DAV (dane ważne) sygnalizuje dostępność i ważność bajtu na szynie DIO,

• NRFD (nie gotowe do odbioru bajtu) sygnalizuje gotowość urządzeń odbierających do odbioru bajtu,

• NDAC (dane nie odebrane) sygnalizuje stan odebrania bajtu przez urządzenia odbierające.

Linie NRFD i NDAC sygnalizują stany gotowości i odebrania bajtu przez wszystkie aktywne urządzenia odbierające dołączone do magistrali. Pozostałych pięć linii służy do ogólnego sterowania interfejsem systemu pomiarowego. Rola tych linii jest następująca:

• linia IFC (zerowania) służy kontrolerowi systemowemu do zerowania układów interfejsowych urządzeń systemu pomiarowego;

• linia REN (zezwolenie na programowanie zdalne) sterowana przez kontroler systemowy zezwala urządzeniom systemu przejść do stanu sterowania zdalnego lub sprowadza urządzeia do sterowania lokalnego;

• linia SRQ (żądanie obsługi) służy urządzeniom systemu pomiarowego do powiadomienia kontrolera o potrzebie ich obsługi;

• linia ATN (uwaga) służy kontrolerowi sterującemu systemem do powiadomienia urządzeń systemu o rodzaju komunikatu występującego na szynie DIO (rozróżnianie komunikatów interfejsowych i urządzeniowych)

• linia EOI (koniec lub identyfikacja) jest wykorzystywana przez nadajniki komunikatu do wskazywania końca wielobajtowej sekwencji danych lub przez kontroler sterujący systemem do realizacji procesu odpytywania równoległego.

Rozróżnienie komunikatów występujących na szynie DIO jest realizowane za pomocą linii ATN i EOI. W zależności od ich stanu można mówić o określonym trybie pracy interfejsu. Organizacja przesyłania komunikatów. W wymianie komunikatów urządzeniowych w systemie uczestniczą: wyznaczony nadajnik oraz jeden lub więcej odbiorników. Rola poszczególnych urządzeń w systemie wyznaczona jest przez urządzenie mające możliwość kontroli, a więc sterujące pracą tegoż systemu. Każde z urządzeń może pracować we wszystkich trzech trybach pracy (tryb kontrolera, nadajnika lub odbiornika), bądź tylko niektórych z nich, ale w danej chwili tylko jeden może być aktywny. Magistralą interfejsu przesyłane są komunikaty urządzeniowe oraz interfejsowe. Transmisja komunikatu urządzeniowego poprzedzona jest wyznaczeniem przez kontroler systemu nadajnika tego komunikatu oraz jego odbiorniki. Czynność ta 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. Komunikaty urządzeniowe przesyłane są w trybie danych, natomiast interfejsowe w trybie rozkazowym. Zarówno w trybie danych jak i trybie rozkazowym sekwencje bajtów są transmitowane tzw. metodą handshake'u trójprzewodowego. Jest to asynchroniczny sposób transmisji, w którym szybkość przesyłania bajtów dostosowuje się automatycznie do aktualnie najwolniejszego urządzenia.

Transmisja bajtu między jednym nadajnikiem i odbiornikiem oparta jest na metodzie handshake'u. Podczas współpracy dwóch urządzeń, nadajnika i odbiornika, nadajnik sprawdza stan linii DAC. Stan L (niski) tej linii informuje, że odbiornik jest gotowy do odbioru bajtu. Wówczas nadajnik nadaje bajt na szynę DIO, a następnie sygnalizuje ważność tego bajtu linią DAV. Odbiornik stwierdziwszy ważność bajtu wpisuje go do swojego rejestru wejściowego i powiadamia o tym nadawcę, wysyłając sygnał akceptacji (DAC). Wtedy nadawca przygotowuje następny bajt do wysłania, czekając jednocześnie, aż odbiornik nie potwierdzi gotowości do odbioru, likwidując stan H (wysoki) linii DAC. Następuje to dopiero wówczas, kiedy odbiornik wykona czynności związane z przyjęciem tego bajtu (np. wydrukuje odpowiadający mu znak, jeśli odbiornikiem jest drukarka). Czas trwania sygnału DAC, a więc także niegotowości do odbioru, jest spowodowane tym, że odbiornik formalnie odebrał bajt, ale na skutek trwania operacji wewnętrznych w jego układzie nie jest w stanie przyjąć następnego bajtu. W ten sposób nadajnik automatyczne dostosowuje szybkości wydawania bajtów do możliwości odbiornika. Widać, że nadajnik potrzebuje dwóch informacji: potwierdzenia gotowości do odbioru i akceptacji wysłanego bajtu. Przedstawiony sposób transmisji bajtu nazywa się handshake'iem dwuprzewodowym (dwuprzewodowy cykl synchronizacji). W przypadku interfejsu IEC-625 stosuje się technikę handshake'u trójprzewodowego (trójprzewodowy cykl synchronizacji), wykorzystującego dwie linie: linię potwierdzenia gotowości odbiorników (NRFD) i linię potwierdzenia akceptacji bajtu przez wszystkie odbiorniki (NDAC). Transmisja rozpoczyna się od sprawdzenia przez nadajnik stanu linii gotowości odbiorników. Gdy urządzenia są gotowe, nadajnik wysyła bajt na szynę danych jednocześnie zgłaszając jego ważność (sterując odpowiednio linią ważności bajtu). Odbiorniki stwierdzając ważności bajtu, likwidują stan swojej gotowości i przystępują do odbioru (czyli wpisania bajtu do swoich buforów wewnętrznych). Odbiorniki, stan przyjęcia potwierdzają sygnałami akceptacji, z których tworzony jest globalny sygnał akceptacji, będący iloczynem „drutowym” sygnałów od poszczególnych odbiorników. Nadajnik, po stwierdzeniu akceptacji bajtu, likwiduje sygnał ważności, przygotowując się do wysłania kolejnego bajtu, jednocześnie nadajnik oczekuje na sygnał gotowość od wszystkich odbiorników, po jego uzyskaniu cykl pracy się powtarza. Współpraca nadajnika z wieloma odbiornikami przebiega poprawnie, ponieważ nadajnik nie wyśle bajtu dopóty, dopóki wszystkie odbiorniki nie uzyskają gotowości. Nadajnik nie usunie również bajtu z szyny DIO dopóki wszystkie odbiorniki go nie zaakceptują. Każdy przyrząd składa się z części urządzeniowej oraz interfejsowej. Część urządzeniowa obejmuje układy realizujące zdolności urządzeniowe, czyli np. możliwość wykonywania pomiarów pewnej wielkości. Część interfejsową natomiast stanowią układy, dzięki którym urządzenie ma możliwość komunikowania się z innymi urządzeniami systemu pomiarowego.

2. Przebieg doświadczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z możliwościami i praktycznym zastosowaniem cyfrowego systemu interfejsowego IEC 625-1. W tym celu wykonano za pomocą tegoż systemu cyfrowego serię pomiarów charakterystyki I=I(U) dla diody. Pomiary wykonano zarówno w kierunku przewodzenia jak i w kierunku zaporowym diody. Ćwiczenie zostało wykonane zgodnie ze wskazówkami zamieszczonymi w instrukcji.

Schemat układu do pomiarów charakterystyki I=I(U) dla diody w kierunku przewodzenia, został przedstawiony na rys1. Po wykonaniu poniższego układu pomiarowego przystąpiono do czynności związanych z przygotowaniem urządzenia do pracy, a więc:

• uruchomiono program „prac”;

• ustalono adresy przyrządów (adres jest to, w naszym przypadku liczba dziesiętna równa wartości ustawionej na pięciu najmłodszych bitach przełącznika adresowego); adresy te znajdowały się na obudowach poszczególnych elementów, odczytano je i zamieniono na system dziesiętny według schematu: adres 10011 zapisujemy w następujący sposób:

1*2⁴+0*2³+0*2²+1*2¹+1*2⁰=16+0+0+2+1=19

Nazwa przyrządu	Adres przyrządu (binarny)	Adres przyrządu (dziesiętny)
Zasilacz	11010	26
Woltomierz V1	10011	19
Woltomierz V2	10001	17

• skonfigurowano system przez wpisanie adresów do pamięci komputera

• wpisano następujące wartości jako parametry programu:

ograniczenie prądowe	0,7 [A]	napięcie początkowe	0 [V]
funkcje woltomierzy	DC	napięcie końcowe	20 [V]
zakres woltomierza V1	1 [V]	wielkość kroku napięcia	0,05 [V]
zakres woltomierza V2	100 [V]	wartość oporu rezystora R	1000 [Ω]

• uruchomiono urządzenie pomiarowe a następnie wydrukowano wyniki pomiaru;

W analogiczny sposób wykonano pomiarów charakterystyki I=I(U) dla diody w kierunku zaporowym. Schemat układu pomiarowego przedstawia rys2. W tym przypadku wpisano jako parametry programu wartości:

ograniczenie prądowe	0,7 [A]	napięcie początkowe	0 [V]
funkcje woltomierzy	DC	napięcie końcowe	20 [V]
zakres woltomierza V1	100 [V]	wielkość kroku napięcia	0,1 [V]
zakres woltomierza V2	100 [mV]	wartość oporu rezystora R	1000 [Ω]

Także wydrukowano wyniki pomiarów.

3. Opracowanie wyników.

Uzyskane wyniki pomiarów (przedstawione na wydrukach komputerowych) zgodne są w całości z oczekiwaniami teoretycznymi. Kształt wykresu przedstawiającego charakterystyką diody w stanie przewodzenia należy tłumaczyć tym, że na diodzie występuje nieznaczny spadek napięcia. Z kolei w stanie zaporowym przez diodę przepływa nieznaczny prąd wsteczny. Napięcie występujące na diodzie w stanie zaporowym nazywa się napięciem wstecznym. Przy przekroczeniu pewnej wartości napięcia wstecznego U_MAX prąd wsteczny szybko wzrasta.

4. Wnioski.

Ćwiczenie należy zaliczyć do bardzo interesujących. Oprócz zbadania charakterystyki I=I(U) dla diody w kierunku przewodzenia i w kierunku zaporowym, zapoznaliśmy się z możliwościami systemów pomiarowych wykorzystujących urządzenia w pełni sterowanie przez komputer. Należy podkreślić, że zastosowanie zautomatyzowanych układów pomiarowych znacznie ułatwia wykonanie dużych serii, żmudnych pomiarów, jednocześnie pozwalając na uzyskanie bardzo precyzyjnych wyników. Do zalet takich układów pomiarowych należy zaliczyć także ogromną łatwość w późniejszym opracowywaniu wyników, sporządzenie dokładnego wykresu nie nastręcza żadnych trudności.

1

3

---