Способы подключения измерительных устройств к ЭВМ

Содержание

Введение

1. Системные шины для подключения интерфейсных плат периферийных устройств……..…….4

2. Стандартный интерфейс  параллельной передачи данных (GPIB)……………………………………….7

3. Стандартный интерфейс последовательной передачи данных (RS-232, RS-422, RS-423, RS-449).......10

4. Приборная шина USB………………………………………………………………………………………13

5. Интерфейсная шина MXI………………………………………………………………………………...…14

Список использованной литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Для того чтобы каждый раз не решать проблемы совместимости двух устройств по типу используемых разъемов, по протоколу обмена информацией, по управляющим сигналам, по логическим уровням всех сигналов и т.д.. были разработаны стандартные интерфейсы, как для параллельной, так и для последовательной передачи данных. В документации на стандартные интерфейсы регламентируется и программная, и аппаратная части интерфейсов, зафиксированы электрические и механические соединения между приборами, форматы данных и команд. Интерфейсы обычно изготавливаются в виде печатных плат, предназначенных для вставления в плоские разъемы («слоты») процессорной системы, по которым разведены сигналы системной шины и питающие напряжения. Каждая системная шина рассчитана на платы некоторого стандартного размера (или размеров). Каждая плана, в зависимости от типа шины, для которой она предназначена, имеет вдоль одного края от 50 до 300 соединений, либо в форме позолоченных печатных ламелей. Либо в виде многоштырьковых соединений, припаянных к плате. Для соединения интерфейса с платой АЦП обычно используется гибкий ленточный кабель, причем предусматриваются меры для снижения уровня перекрестных помех на сигнальных и стробирующих линиях. Один из способов заключается в заземлении каждой второй линии в кабеле, другой предполагает использование гибкого кабеля, скрепленного с гибкой же металлической заземленной подложкой, которая уменьшает индуктивность и помехи и в то же время обеспечивает ПОЧТИ постоянный импеданс кабеля. Для обоих конструкций имеются многоконтактные «оконечные заземлители», которые подключаются к кабелю путем обжатия. Альтернативой кабельному кабелю служит кабель, сделанный из многих скрученных пар, каждая из которых содержит одну сигнальную и одну заземленную линию.

Нестандартные интерфейсы лучше выполнять таким же образом, либо путем разработки для них печатных плат, либо путем использования одной из универсальных интерфейсных плат, которые имеют места для подключения микросхем и других компонентов. Некоторые платы содержат встроенные схемы для взаимодействия с системной шиной, включая обслуживание прерываний и даже ПДП.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Системные шины для подключения интерфейсных плат периферийных устройств.

Приведем краткое описание наиболее распространенных системных шин. используемых для подключения интерфейсных плат периферийных устройств.

Системная шина IBM PC. Эта шина состоит из следующих сигнальных линий:

- А0 - А19 - Шина адреса. Имеет два состояния. Все 20 разрядов используются для адресации памяти (совместно с сигналами MEMRD и MEMWR, которые играют роль строб-сигналов). Для адресации ввода/ вывода используются только 16 младших разрядов.

- D0 -D7 - Шина данных. Имеет три состояния, двунаправленная. Данные выставляются при записи в память или в порт ввода/вывода, в том числе и в режиме ПДП.

- IORD, IOWR, MEMRD. MEMWR - Строб-сигналы чтения / записи при работе с устройствами ввода/вывода и памятью.

- AEN - Разрешение адреса. Вырабатывается процессором во время циклов ПДП.

- IRQ2 - IRQ7 - Линии запроса прерывания. Вырабатывается устройством, запрашивающим прерывание. IRQ2 имеет наивысший, а IRQ7 -наинизший приоритет.

- RESET DRV - Предустановка драйвера. Используется для предустановки устройства ввода/вывода в начальное состояние.

- DRQ1 — DRQ3 — Линии запроса ПДП. Вырабатывается устройством ввода/вывода, которое запрашивает канал ПДП. DRQ1 имеет наивысший, a DRQ3 - наинизший приоритет.

- ALЕ - Разрешение фиксации адреса. Обычно при проектировании ввода/ вывода игнорируется.

- CLK - Тактовый сигнал. Применяется для синхронизации состояния ожидания при запросах ввода/вывода.

- OSC - Тактовый сигнал для синхронизации работы цветного дисплея.

- Т/С - Завершение передачи. Этот сигнал сообщает порту ввода/вывода о завершении передачи блока данных в режиме ПДП

- I/O СН СК - Проверка канала ввода/вывода. Используется для того, чтобы сигнализировать о состоянии ошибки в каком-то из внешних устройств ввода/вывода.

- I/O СН RDY - Готовность канала ввода/вывода.

- GND, +5VDC, -5VDC, +12VDC, -12VDC - Земля и уровни постоянных напряжений питании.

Эта магистраль сильно устарела и сейчас практически не используется, но на ее основе были разработаны последующие поколения системных шин ISA и EISA, на которых остановимся более подробно.

Системная шина PC/AT - расширенная, но совместимая с предыдущей шиной PC. Имеет дополнительный разъем для добавочных 8 разрядов данных. 4 разрядов адресов и 5 линий IRQ- В результате 16-разрядная шина данных и более высокая тактовая частота подняли пропускную способность магистрали до 5.3 Мбайт/с. Часто эта магистраль называется Indusiry Slandard Arcruteciurc (ISA) - стандартная промышленная архитектура. Характерное отличие ISA от предыдущей магистрали состоит в зим, что ее тактовый сигнал не совпадает с тактовым сигналом процессора. На магистрали ISA реализован раздельный доступ к памяти процессорной системы и к устройствам ввода/вывода. Максимальный объем адресуемой памяти составляет 16 Мбайт (24 адресные линии). Максимальное адресное пространство для устройств ввода/вывода - 64 кбайта (16 адресных линии). Магистраль поддерживает радиальные прерывания и ПДП. Допускается захват магистрали устройством ввода/вывода. Конструктивное исполнение магистрали - разъемы, установленные на материнской плате, все одноименные контакты которых соединены между собой. Магистраль ISA имеет следующие сигнальные линии:

Знак - (минус) перед названием сигнала означает, что активный уровень этого сигнала логический ноль.

- SA0-SAI9 - фиксируемые адресные разряды для передачи 20 младших разрядов адреса памяти и для устройств ввода/вывода. Тип выходных каскадов - три состояния.

- LA17-LA23 - нефиксируемые адресные разряды, используемые для адресации памяти и выработки сигнала —MEM CS. При обращении к устройствам ввода/вывода эти сигналы имеют уровень логического нуля. Тип выходных каскадов - три состояния.

- BALE — сигнал стробирования адресных разрядов, используется устройствами ввода/вывода для заблаговременной подготовки к обмену информацией. Тип выходных каскадов - ТТЛ.

- SBHE - определяет тип цикла передачи данных 8-ми или 16-ти разрядный вырабатывается параллельно с сигналами SA0-SAI9 и может рассматриваться как дополнительный разряд адреса. Тип выходных каскадов - три состояния.

- SD0-SD15 - разряды данных. По линиям SD0-SD7 передастся младший байт, по линиям SD8-SDI5 - старший байт. Тип выходных каскадов - три состояния.

- SMEMR, -MEMR - стробы чтения данных из памяти. Сигнал — SMEMR вырабатывается только при обращении к адресам, не превышающим FFFFF (в пределах 1 Мбайта). Сигнал - MEMR — при обращении ко всем адресам. Тип выходных каскадов - три состояния.

- SMEMW, -MEMW - стробы записи данных в память. Тип выходных каскадов - три состояния

- IOR - строб чтения данных из устройств ввода/вывода. Устройство ввода/вывода должно выставлять свои данные при активизации этого сигнала и убирать их при его снятии. Тип выходного каскада - три состояния.

- IOW - строб записи данных в устройство ввода/вывода. Тип выходного каскада - три состояния.

- MEM CSI6 - сигнал выставляется памятью, если она имеет 16-ти разрядную организацию. Тип выходного каскада - открытый коллектор.

- I/O CSI6 - сигнал выставляется устройством ввода/вывода, если оно имеет 16-ти разрядную организацию. Тип выходного каскада - открытый коллектор.

- I/O СH RDY - готовность канала ввода/вывода. Сигнал снимается устройством ввода/вывода по переднему фронту - IOR, -IOW, если оно не успевает выполнить соответствующую операцию в требуемом темпе. Тип выходного сигнала - открытый коллектор.

- I/O СНСК - проверка канала ввода/вывода - сигнал вырабатывается устройством ввода/вывода при фатальной ошибке.

- OWS — выставляется при проведении цикла обмена без вставки такта ожидания. Тип выходного каскада - открытый коллектор.

- REFRESH - выставляется процессором для информирования всех устройств о выполнении циклов регенерации динамической памяти. Тип выходного каскада - открытый коллектор.

-RESET DRV - сигнал сброса в начальное состояние всех устройств на магистрали. Тип выходного каскада - ТТЛ.

- SYSCLK- сигнал системного тактового генератора. Тип выходного каскада - три состояния.

- OSC – несинхронизированный с SYSCLK сигнал кварцевого генератора с частотой 14, 31818 МГц. Тип входного каскада — ТТЛ.

- IRQ - сигналы запроса радиальных прерывании. Запрос - положительный перепад на соответствующей линии IRQ. Сигнал должен удерживаться до начала обработки процессором запрошенного прерывания. Тип выходного сигнала - ТТЛ.

- DRQ - сигналы запросов ПДП. Запросом является положительный перепад на соответствующей линии DRQ. Сигнал должен удерживаться до получения ответного сигнала -DACK с тем же номером. Тип выходного каскада - ТТЛ

- DACK — подтверждение ПДП. Вырабатывается в ответ на соответствующий сигнал DRQ в случае, если ПДП предоставлен этому каналу. Удерживается до окончания ПДП. Тип выходного каскада — ТТЛ.

- AEN - разрешение адреса, используется в режиме ПДП. Тип выходного каскада — ТТЛ.

- Т/С - окончание передачи. Устанавливается в режиме ПДП тогда, когда по текущему каналу ПДП закончен счет циклов пересылок данных. Тип выходного каскада — ТТЛ.

- MASTER - используется платой расширения для захвата магистрали. Сначала выставляется DRQ, получив в ответ сигнал -DACK, устанавливается сигнал - MASTER. После чего можно начинать обмен. Тип выходного каскада - открытый коллектор.

Системная шина EISA - расширенная стандартная промышленная архитектура. Шина EISA поддерживает 32-разрядную передачу данных с максимальной скоростью передачи 33 Мбайт/с, 32-разрядную адресацию памяти, несколько ведущих магистрали, программируемые прерывания по уровню или перепаду, а также автоматическое конфигурирование платы.

Разработчики этой магистрали позаботились не только об информационной и электрической, но и о конструктивной совместимости с шиной ISA. Разъем IESA состоит из двух рядов контактов, верхний для сигналов ISA, а нижний - для дополнительных сигналов EISA. 32 разряда адресной шины позволяют адресовать до 4-х Гбайт памяти. По сравнению с ISA, в EISA добавлено несколько новых сигналов:

- ВЕ0-ВЕЗ - разрешение байтов.

- М/10 - память/устройство ввода/вывода - признак типа цикла обмена.

- START - идентификация начала цикла магистрали.

- CMD - разрешение управления временной диаграммой цикла магистрали.

- MS BURST - признак пакетной передачи от ведущего устройства.

- SL BURST — признак пакетной передачи от ведомого устройства.

- ЕХ32, EXI6 - признак 32- и 16- разрядных данных.

- EXRDY - идентификация окончания цикла магистрали.

- MACK k - признак разрешения на захват магистрали k-му ведущему устройству.

- D16 - D31 - дополнительные разряды данных.

- LA2 – LA16, LA24 - LA31 - дополнительные разряды адреса.

Шина PCI (Peripheral Component Interconnect bus) - шина для подсоединения периферийных устройств. Стала массово применяться для Pentium-систем, но используется и с 486 процессорами. Частота шины от 20 до 33 МГц. теоретически максимальная скорость 132/264 Мбайт/с для 32/64 бит. В современных материнских платах частота на шине РСI задается как 1/2 входной частоты процессора, т.е при частоте 66 МГц на PCI будет 33 МГц. при 75 МГц - 37,5 МГц. Шина PCI - первая шина в архитектуре IBM PC, которая не привязана к этой архитектуре. Она является процессорно-независимой. Автоконфигурирование устройств (выбор запросов прерывания, каналов DMA) поддерживается средствами BIOS материнской платы по образу и подобию стандарта Plug & Play. Стандарт PCI определяет для каждого слота конфигурационное пространство размером до 256 восьмибитных регистров, не приписанных ни к пространству памяти, ни к пространству ввода-вывода. Доступ к ним осуществляется по специальным циклам шины Configuration Read и Configuration Write, вырабатываемым контроллером при обращении процессора к регистрам контроллера шины РСI. расположенным в его пространстве ввода- вывода

На PCI определены два основных вида устройств - инициатор (по ГОСТ - задатчик), т.е. устройство, получившее от арбитра шины разрешение на захват ее и устройство назначения, цель (target) с которым инициатор выполняет цикл обмена данными.

Сигналы шины PCI

- AD0-AD31 - мультиплексированная шина адреса/данных. Адрес передастся по сигналу - FRAME, в последующих тактах передаются данные.

- С/ ВЕО-ВЕЗ - команда/разрешение обращения к байтам. Команда, определяющая тип очередного цикла шины (чтение-запись памяти, ввода/вывода или чтение/запись конфигурации, подтверждение прерывания и другие) задается четырехбитным кодом в фазе адреса по сигналу -FRAME.

- FRAME — передача данных.

- DEVSEL - выбор инициатором устройства назначения.

- IRDY - готовность иницитора к обмену данными.

- TRDY — готовность устройства назначения к обмену данными.

- STOP - запрос устройства назначения к инициатору на останов текущей транзакции.

- LOCK - используется для установки, обслуживания и освобождения захвата ресурса на PCI.

- REQ0-REQ3 - запрос от PCI-устройства на захват шины.

- CNT0-CNT3 - разрешение мастеру на использование шины.-PAR - общий бит четности для линий AD и C/BF.

- ParityER - сигнал об ошибке по четности (от устройства, ее обнаружившего).

- RST — сброс всех устройств.

- IDSEL - выбор устройства назначения в циклах считывания и записи конфигурации.

- SERR - системная ошибка, активизируется любым устройством PCI и вызывает немаскируемое прерывание процессора (NMI)

- REQ64 - запрос на 64-битный обмен.

- ASK64 - подтверждение 64-битного обмена.

- INTR A.B.C.D — линии запросов прерывания, направляются на доступные линии IRQ BIOS компьютера. Запрос по низкому уровню допускает разделяемое использование линий прерывания.

- Clock - сигнал синхронизации на тактовой частоте шины.

- Test Clock. -TSTRES, TestUO. TesiDI - сигналы для тестирования адаптеров по интерфейсу JTAG (на системной плате обычно не задействованы).

- TSTMSLCT - перевод в режим тестирования.

Шина CompactPCI. cPCI представляет собой вариант стандарта шины PCI. cPCI позволяет для каждого из 20 модулей в стандартном 19-дюймовом шасси осуществлять «горячую замену» без прерывания работы устройства — то. что невозможно сделать в устройствах на базе PCI. Скорость шины cPCI составляет 533 Мбит/с.

Изготовители персональных компьютеров часто устанавливают на материнские платы несколько магистралей разных типов. Это дает пользователю больше свободы при создании собственной конфигурации измерительной системы.

2. Стандартный  интерфейс параллельной передачи  данных (GPIB)

АЦП с параллельным портом выходных данных может непосредственно подключаться на системную шину процессорной системы, но в таком случае разработчик измерительной системы будет вынужден сам писать программу-драйвер, управляющую обменом информацией между АЦП и процессором. Альтернативный путь - использование стандартного интерфейса. В этом случае для ввода данных АЦП можно воспользоваться стандартными программными функциями, предоставляемыми разработчиками интерфейса. К тому же применение стандартного интерфейса позволяет одному устройству управлять несколькими различными приборами одновременно через одну общую магистраль. Без этого для каждого прибора пришлось бы разрабатывать свой собственный интерфейс, причем каждый из них управлялся разными драйверами.