Магістральний інтерфейс

Рис.1а

Рис.1б. Радіальний інтерфейс

Рис.1в. Ланцюговий інтерфейс

Рис.1г. Змішаний інтерфейс

За способу передачі інформації розрізнюють паралельні, послідовні і паралельно-послідовні інтерфейси.

Основними елементами інтерфейсів (І) є:

сукупність правил обміну інформацією;

апаратна частина (фізична реалізація);

програмне забезпечення.

Набір сигналів обміну й взаємодії складається із переліку сигналів інформаційного та керуючого потоків, сигналів супроводу й допоміжних.

Алгоритм обміну даними встановлює послідовність процесу обміну, набір функцій інтерфейсу, який реалізує різні операції взаємодії, логічні та часові умови обміну даними, режими обміну, спосіб синхронізації повідомлень і т.п.

Апаратна частина інтерфейсу утворюється із вузлів, які входять до ЗВА, або із блоків, конструктивно відокремлених від ЗВА, а також з‘єднувачів, елементів узгодження та лінії зв‘язку.

Програмне забезпечення І складається із програм, які виконують функціонування І і реалізуючих алгоритмів обміну інформацією або частини алгоритмів.

Фундаментальним в ієрархії понять про інтерфейс є поняття спряження. Суттю спряження є точне визначення того, які сигнали можуть надходити в канали і яке їх значення. Канали призначені для з‘єднання агрегатованих засобів ВОС. Суттєвим при цьому є вибір процедури обміну між приладами. Обмін може бути синхронним або асинхронним.

СИНХРОННІ ПРОЦЕДУРИ дозволяють отримали більшу швидкість обміну даними, коли всі приймачі і джерела інформації мають приблизно однакову швидкість дії, що практично виконується дуже рідко.

При АСИНХРОННОМУ ОБМІНІ в ієрархії процедур обміну основне значення має процедура вставлення відповідності передачі даних, яка починається з встановлення факту відповідності стану приладів, які забезпечують цю передачу.

Функціональні пристрої підключаються до магістралі через відповідні інтерфейсні карти. У їх функції входить забезпечення підключення до магістралі й виконання правильного функціонування в системі різних засобів (вимірювальних приладів, реєструючих засобів, процесорів, запам‘ятовуючих засобів, систем відображення інформації і т.д.).

Але ні один інтерфейс не є ідеальним.

7.2.2. Інтерфейс для програмованих приладів

Характерною рисою приладного інтерфейсу (на відміну від інтерфейсу типу КАМАК) є можливість обміну даними безпосередньо між функціональними пристроями без наявності ЕОМ.

Під функціональними пристроями розуміють пристрої, які складаються із апаратних вузлів, виконуючих чисто приладні функції, інтерфейсних вузлів, які являють собою апаратну реалізацію функцій інтерфейсу, і вузлів спряження безпосередньо з інтерфейсом.

За характером взаємодії з магістраллю інтерфейсу стандарт встановлює такі групи функціональних засобів:

пристрій-контролер - засіб, який може передавати, приймати та керувати;

пристрій-джерело-приймач - засіб, який може передавати й приймати; прилад-приймач -засіб, який може приймати;

пристрій-джерело - засіб, який може передавати;

Фізична реалізація інтерфейсних вузлів і вузлів спряження називається інтерфейсними картами. З‘єднання засобів між собою виконується через багатопровідний магістральний канал загального користування (рис. 2).

Функціональні засоби з’єднуються між собою за допомогою 24 проводів магістралі, 16 із яких є сигнальними й забезпечують взаємозв’язану роботу функціональних засобів. 8 ліній, які залишилися, утворюють із сигнальними проводами обвиті пари й підвищують завадостійкість передачі даних.

Магістральна система шин забезпечує паралельне з‘єднання всіх функціональних засобів.

24 лінії, об‘єднані в загальну шину, утворюють кабель. Лінії ЛД0-ЛД7 шини даних призначені для передачі інформації (цифрові дані, адреси функціональних засобів, багатолінійні універсальні команди).

Рис. 2.

Шина синхронізації (ШС) призначена для організації обміну інформацією між функціональними засобами й має три сигнальні лінії, по яких передаються сигнали узгодження, які підтверджують відповідність стану приладів.

У шину синхронізації входять лінії:

СД – сигнал достовірності даних, що передаються пристроєм-джерелом;

ГП – лінія „Готовий до прийому” - лінія обміну сигналами між „приймачами” і „джерелами”. Лінія ГП керує пристроями прийому.

ДП – „Дані прийняті” – високий стан цього сигналу говорить про кінець прийому інформації приймачами.

Шина керування інтерфейсом - група із п‘яти сигнальних ліній, по яких ідуть керуючі сигнали під час обміну інформацією між приладами. Вона використовується для передачі сигналів управління між контролером і всіма іншими пристроями, які з’єднані з КЗК за допомогою ліній УП, КП, ОІ, ДУ, ЗО.

Видача сигналів на лінію „ Управління” (УП) виконується тільки тим пристроєм, який в даний момент виконує функцію контролера в системі.

Лінія „Кінець передачі” або „Ідентифікація”, (КП) встановлюється передавачем у низький стан паралельно з передачею останнього байта, сигналізуючи, що даних більше немає.

Поєднання команд УП і КП забезпечує ідентифікацію пристрою під час паралельного опитування.

Лінія „Запит на обслуговування” (ЗО) є загальною для всіх пристроїв, які мають функцію ЗО, і на ній виконується диз’юнкція їх станів. Наявність команди (низький рівень напруги) у цій лінії повідомляє контролера про «прохання» якогось з пристроїв провести передачу даних або проаналізувати його стан.

Лінія „Очистити інтерфейс” (ОІ) використовується для передачі команди, яка дозволяє встановлювати інтерфейсні вузли пристроїв в потрібний початковий стан. при цьому припиняється всяка діяльність каналу передачі інформації, усі пристрої очищають себе від адрес і переходять у стан холостого ходу.

Лінія „Дистанційне управління” (ДУ) призначена для передачі команди дозволу програмного управління пристроями (приладами). Відсутність команди (високий рівень напруги) на цій лінії говорить про те, що режим роботи всіх приладів можна змінювати, використовуючи для цього органи управління кожного приладу.

Кожний пристрій, який призначений для використання в системі, має три класи функцій: функції засобу (приладні функції); функцію (логіку) кодування дистанційної інформації; функцію інтерфейсу.

До функцій засобу відносяться функції, які визначають область застосування й призначення засобу (наприклад, діапазон вимірювання, режими роботи, можливість аналогового вимірювання сигналу і т.п.).

Ці функції досить різні для різних засобів.

ГОСТ 26.003-80 регламентує кодування дистанційної інформації, т.б. перетворення дистанційних повідомлень в значення сигналів на інтерфейсних лініях.

ФУНКЦІЯ ІНТЕРФЕЙСУ - це здатність інтерфейсу до виконання вказаних операцій під час роботи в системі.

Кожна функція І реалізується апаратно або програмно в засобі. Функціональна сумісність приладів, які з‘єднані через систему інтерфейсу, забезпечується присутністю єдиного наперед заданого набору інтерфейсних функцій та єдиною алгоритмічною реалізацією кожного з них.

На рис. 3 відображені шляхи проходження повідомлень між засобами.

рис.3. Шляхи проходження повідомлень між програмованими засобами вимірювання

Функції інтерфейсу наведені в табл. 1

Табл. 1 Функції інтерфейсу

П‘ять перших з табл.1 функцій відносять до основних.

Функція СИ (SH) - функція обміну приладу - джерела з іншими приладами, яка гарантує правильний прийом інформації шляхом підтвердження стану приладу.

Функція СП (AH) - функція обміну приладу - приймача, яка гарантує правильну передачу інформації.

Передача інформації джерелом И (T) або розширена передача ИР (TE) - функція, яка дозволяє приладу-джерелу передавати через інтерфейс сформовані ним дані іншим приладам.

Прийом даних П (L) або розширений (від декількох джерел) прийом даних ПР (LE) - функція, яка дозволяє приладу отримати дані через інтерфейс другим приладом.

Функція К (С) - функція, яка дає можливість приладу передавати іншим приладам, підключеним до інтерфейсу, адреси та універсальні команди.

За допомогою інтерфейсних функцій забезпечується повне та гнучке керування вимірювальною системою, прийняття, обробка та передача інформації.

Стандартом визначені також вимоги до електричної схеми передавачів і приймачів, вимоги до механічної конструкції.

Великою перевагою даного стандарту є відсутність будь-яких обмежень на конструктивні способи побудови приладів, забезпечення можливості об’єднання в систему в довільному поєднанні практично довільних приладів, які відповідають вимогам інтерфейсу.

Система приладного інтерфейсу забезпечує роботу пристрою з максимальною швидкістю передачі даних від 0, 25 до 1 мегабайт у секунду.

Інтерфейс принципово відокремлює алгоритми роботи приладів (приладні функції) та алгоритми функціонування інтерфейсу (інтерфейсні функції), що дозволяє використовувати прилади з різними логічними та приладними функціями, які побудовані на різній елементній базі.

Усі сполучення інтерфейсних функцій сумісні одна з одною. Це дозволяє гарантувати роботу приладу, який має ці функції, з іншими приладами.

Інтерфейс, розглянутого типу, призначений для побудови вимірювальних систем зі стандартного переліку приладів широкого застосування, таких як цифрові вольтметри, програмовані генератори сигналів, цифрові частотоміри, друкуючі пристрої, комутатори та інш. Апаратна реалізація подібних систем проводить до простого кабельного з’єднання приладів.

7.2.3. Метрологічні характеристики вимірювальних систем

Як відомо, нормування метрологічних характеристик ЗВ здійснюється згідно з ГОСТ 8.009-84. При нормуванні метрологічних характеристик вимірювальних систем використовують основні положення цього стандарту і уточнюють їх, що правильно щодо структури вимірювальної системи й методів вимірювання.

Метрологічні характеристики вимірювальних систем використовують для оцінювання похибок прямих, непрямих та інших вимірювань, які проводяться за допомогою вимірювальної системи як у статичному, так і в динамічному режимах.

Компонентом вимірювальної системи є вимірювальний прилад або перетворювач, який входить у систему і який виконує тільки частину вимірювальних перетворень, які виконуються у вимірювальному каналі системи.

Під метрологічною характеристикою алгоритму обробки розуміють характеристику, яка відображає вплив алгоритму обробки вихідних кодів, які сприймаються цифровим обчислювальним компонентом системи, на результат і методичні похибки вимірювань.

Основними метрологічними характеристиками вимірювальних каналів системи, які нормуються для систем, є:

1. Номінальна статична характеристика перетворення вимірювального каналу системи.

2. Вихідний код, число розрядів коду, номінальна ціна одиниці найменшого розряду коду.

3. Характеристики систематичної та випадкової складової похибки.

4. Динамічні характеристики.

5. Змінювання метрологічних характеристик, що допускаються.

Для визначення метрологічних характеристик вимірювальних використовують метод розрахунку, суть якого полягає в статистичному об‘єднанні характеристик усіх значних складових похибки ЗВ та складових, які обумовлені взаємодією ЗВ з об‘єктом вимірювання.

Для вимірювальних систем змінної структури з великою кількістю паралельних каналів метрологічні характеристики каналів оцінюють розрахунковим шляхом, а контролю підлягають метрологічні характеристики вимірювальних компонентів.

8. Державна система стандартизації

8.1. Державна система стандартизації

8.1.1. Структура Метрологічної служби України та Воєнстандарту

Державну систему стандартизації України слід вважати прийнятий в травні 1993 р. Декрет Кабінету Міністрів України №46-93 " Про стандартизацію і сертифікацію", який визначив правові та економічні основи системи стандартизації, встановив організаційні форми її функціонування на території України.

Створення державної системи стандартизації було покладено на Державний комітет України стандартизації, метрології та сертифікації (Держстандарт України), який і виконував функції національного органу виконавчої влади з питань стандартизації.[10, 26, 28, 35]

У Декреті сформульовані напрямки діяльності державної системи стандартизації:

• реалізація єдиної технічної політики в сфері стандартизації;

• захист інтересів споживачів і держави з питань безпеки продукції для життя, здоров’я та майна громадян, охорони навколишнього природного середовища;

• забезпечення взаємозамінності та сумісності продукції, її уніфікації, економії всіх видів ресурсів;

• створення нормативної бази функціонування системи стандартизації;

• забезпечення обороноздатності та мобілізаційної готовності країни.

У Декреті також визначені основні принципи стандартизації, види нормативних документів зі стандартизації, порядок організації та інформаційне забезпечення робіт зі стандартизації.

На основі Декрету в липні 1993 р. наказом Держстандарту України був затверджений державний стандарт України ДСТУ.1.0-93

" Державна система Стандартизації України. Основні положення ", а також інші стандарти та керівні документи державної системи стандартизації.

Враховуючи надзвичайно важливе значення стандартизації для успішної діяльності всіх галузей промисловості, науки, а також суб’єктів підприємницької діяльності у травні 2001 року був прийнятий Закон України " Про стандартизацію ". Цим законом встановлені правові основи стандартизації в Україні, сформульовано мету та основні принципи державної політики в сфері стандартизації, організації стандартизації та порядку застосування стандартів. Дія цього закону поширена на всі суб’єкти господарювання незалежні від форми власності та виду діяльності, органи державної влади, а також на відповідні громадські організації.

Законодавчою основою метрологічної діяльності в Україні є Закон України “Про метрологію та метрологічну діяльність” (113/98 ВР) із змінами. Основні напрямки розвитку Державної метрологічної системи викладені в Указі Президента України “Про заходи щодо вдосконалення діяльності у сфері технічного регулювання та споживчої політики” (№1105/2005 від 13.07.05).

Окремі питання у сфері метрології регулюються:

нормативною (нормативно-правовою) базою метрологічної діяльності є державні стандарти системи “Метрологія”, деякі технічні регламенти та міждержавні (міжнародні) нормативні документи, інші документи Держспоживстандарту України (правила, положення, інструкції, тощо).

Окремі вимоги в сфері метрології відображені в деяких Законах України та численних галузевих нормативних та нормативно-правових документах міністерств та відомств України (ліцензійні умови провадження окремих видів господарської діяльності, критерії державної акредитації, нормативні акти з охорони праці, санітарні правила та норми, інші правила, положення, інструкції, тощо), у відповідних нормативних документах підприємств та організацій (настанови з якості, стандарти підприємства, тощо).

Закон України “Про метрологію та метрологічну діяльність”

визначає правові основи забезпечення єдності вимірювань в Україні, регулює відносини у сфері метрологічної діяльності та спрямований на захист громадян і національної економіки від наслідків недостовірних результатів вимірювань.

Він регулює відносини, що виникають у процесі здійснення метрологічної діяльності, і поширюється на центральні та місцеві органи виконавчої влади, органи місцевого самоврядування, підприємства (їх об'єднання), установи і організації незалежно від форм власності та виду діяльності, що діють на території України (далі - підприємства і організації), на фізичних осіб - суб'єктів підприємницької діяльності і виробників (експортерів) іноземних держав, що ввозять засоби вимірювальної техніки на територію України (далі - іноземні виробники);

- встановлює особливості застосування одиниць вимірювань

щодо товарів та послуг, призначених для експорту.

Характеристики і параметри експортних товарів (у тому числі засобів вимірювальної техніки) та послуг (у тому числі з вимірювань, метрологічної атестації, повірки, калібрування), що виробляються або виконуються для іноземних держав, можуть бути подані в одиницях вимірювань, встановлених замовником.

8.1.2. Державний метрологічний контроль і нагляд