| следующая статья ==>
Интерфейс – это совокупность цепей, объединяющих различные устройства и алгоритмы, определяющая порядок передачи информации между этими устройствами.
Цепи интерфейса подразделяются на три группы: информационные, адресные и управляющие. Различают программные и физические интерфейсы. Информация передается в виде кодов. Для различения байтов данных, команд, и адресов используются дополнительные сигналы. Для инициирования передач, синхронизации работы устройств и завершения передачи служат управляющие сигналы.
Рис. 13.6 Графическое представление различных типов интерфейсов:
ПР – преемник; Пер – передатчик.
Основной характеристикой интерфейса является скорость передачи информации, которая зависит от алгоритма передачи и технических характеристик цепей связи. В целях модульного принципа построения систем разработаны стандартные интерфейсы, обеспечивающие информационную, электрическую и конструктивную совместимость различных устройств.
В настоящее время используются следующие структуры интерфейсов: одно-, двух- и трехступенчатые с возможными вариантами исполнения: цепочечная, радиальная, магистральная, радиально-магистральная, каждая из которых может быть с централизованным или децентрализованным управлением. Обмен информацией может быть осуществлен синхронным или асинхронным методом. Синхронный метод передачи и приема сигналов производится в фиксированные моменты времени. Темп обмена информацией при асинхронном методе определяется сигналом квитирования. Этот метод особенно эффективен при обмене информацией с различным быстродействием функциональных блоков.
В ИИС используются следующие основные интерфейсы HP-IB, КАМАК, PDP-11, RS-232, RS-422, RS-423, ЕВРОБАС, ФАСТБАС, а также системные интерфейсы микроЭВМ. Приборный интерфейс предназначен для взаимодействия программируемых и непрограммируемых приборов и построения на их основе ИИС.
Соединение приборов осуществляется посредством многопроходного магистрального канала общего пользования (КОП) (зарубежный аналог IEEE-488) длиной не более 20 м. Число приборов, подключаемых к магистрали, не должно превышать 15. Обмен информацией между приборами происходит под управлением контроллера. Всего регламентируется 10 интерфейсных функций. Каждая функция позволяет прибору выполнять прием, передачу и определенную обработку сообщений. Функции могут быть реализованы как аппаратно, так и программно.
Интерфейс КАМАК применяется для разветвленных систем сбора информации с большим числом первичных преобразователей, и представляет возможность построения ИИС с двумя уровнями централизации.
Основными конструктивными элементами являются крейт, модуль, стойка. Крейт (каркас) имеет 25 ячеек, в которые устанавливаются модули, из них 23 – рабочие и две станции отводятся для контроллера крейта. Функциональные блоки могут занимать произвольное расположение. Магистраль крейта состоит из 81 сквозной шины, проходящей через все модули, и двух индивидуальных шин связи каждого управляемого модуля с контроллером крейта. Крейты связываются между собой и с центральной ЭВМ верхнего уровня.
Основной недостаток системы – большая аппаратная избыточности наличие сложной системной части практически в каждом модуле, большая стоимость интерфейса и всей системы в целом. Поэтому стандарт КАМАК следует использовать только в сложных ИИС.
Последовательными интерфейсами периферийных устройств являются, например, RS-232С, RS-422, RS-423. Основные параметры этих интерфейсов представлены в таблице.
Технические характеристики
RS-232
RS-423
RS-422
Вид связи
Однопроводная
Однопроводная, несогласованная
Дифференци-
альная, согласованная
Максимальная длина линии, м
15
600
1200
Скорость передачи информации, кбод
20
300
10000
Выходное напряжение передатчика, В
±5…±15,
±3,6
2,0
Скорость нарастания выходного сигнала, В/мкс
Менее 30
Зависит от длины кабеля и частоты сигнала
Не ограничена
Входное сопротивление приемника, кОм
37
Не более 4
Не более 4
Максимальное значение напряжения на приемнике, В
±3
±0,2
±0,2
Число линий интерфейса
1
1
2
Режим обмена
Симплексный
Симплексный
Полудуплексный
В основе интерфейсов RS-232, RS-423 лежит однопроводная несогласованная линия, по которой информация передается двухполярными посылками со скоростью до 20 Кбод и до 300 кБод для RS-423 при длине кабеля 15 и 600 м соответственно. В однопроводной линии для передачи сигнала используется один провод, напряжение на котором сравнивается в приемнике с напряжением линии «Общая земля», общий для всех сигнальных проводов.
Этот способ построения линии наиболее прост, но имеет существенный недостаток: на информационный сигнал накладываются помехи в линии. Так как помехи в линии пропорциональны длине линии связи и ширине полосы рабочих частот, то в интерфейсах наложены ограничения на оба параметра. Например, в интерфейсе RS-423 при скорости передачи информации 3 кБод длина линии может достигать 1200 м, а при скорости 300 кБод – всего лишь 12 м. Кроме того, для уменьшения взаимных помех скорость нарастания фронтов передаваемых сигналов ограничивается до 30 В/мкс.
Интерфейс RS-422 распространяется на симметричные дифференциальные линии (витая пара, радиочастотный кабель), обладающие лучшими характеристиками, чем для однопроводных линий. В частности, по линии RS-422 возможна передача информации со скоростью 100 кбод на расстояние до 1200м и со скоростью 10 Мбод на расстояние до 12м.
Дифференциальный режим достигается применением дифференциального передатчика, согласованной линии связи (в виде витой пары или радиочастотного кабеля)и дифференциального приемника. Сигнал передатчика появляется на входе приемника в виде разностного напряжения, тогда как помехи в линии остаются синфазными. Благодаря этому дифференциальный приемник с достаточным диапазоном подавления синфазной составляющей может отличать сигнал от помехи. К тому же этот интерфейс позволяет наряду с симплексным режимом передачи организовать полудуплексный режим работы и мультиплексный режим последовательной передачи данных. В последнем случае, применяемом для связи между периферийными устройствами микропроцессорных систем, для передачи информации в одном направлении используются две дифференциальные симметричные линии связи, например, витые пары. В исходящем направлении включены один передатчик и несколько приемников. Такой режим позволяет обслуживать до 12 абонентов. Основные трудности заключаются в обеспечении хорошего заземления системы.
Интерфейс «Общая шина» разработан для связи центрального процессора семейства IBM, где используется магистральная система шин с раздельными шинами для адресных сигналов и данных, а также с отдельной шиной для сигналов управления. К каналу обмена информацией между отдельными функциональными блоками ЭВМ можно подключить дополнительные блоки памяти и различные устройства ввода – вывода. Такое расширение возможностей ЭВМ позволяет использовать его в ИИС, АСУТП и строить на ее базе ИВК. Обмен информацией между функциональными блоками происходит асинхронно по каналу, который представляет собой магистраль, состоящую из 38 линий.
| следующая статья ==>