Московский институт электроники и математики
Анализ интерфейсный схем,
используемых в промышленных контроллерах.
Выполнил: Дегтярёв Дмитрий
Группа: С-14
Проверил:
Москва, 2006
Оглавление
1) Введение
2) Общие сведения
3) Логическая организация и протокол
4) Функциональная организация
5) Физическая реализация MIL-1553B
6) Электрические характеристики
7) Физическая реализация MIL-1773
8) Заключение
9) Используемая литература
1. ВВЕДЕНИЕ
В современной промышленности нет малозначительных элементов или мест пониженной важности, т. к. из-за малейшего повреждения одной из частей, вплоть до винтика, может привести к сбою в работе всего комплекса. Но при этом существуют места повышенного внимания. На мой взгляд, одно из таких мест – это интерфейсы.
Интерфейс – это совокупность унифицированных технических, программных и конструктивных средств, необходимых для реализации взаимодействия различных функциональных элементов в автоматических системах обработки информации (СОИ) при условиях, предписанных стандартом и направленных на обеспечение информационной, электрической и конструктивной совместимости указанных элементов.
Иными словами, интерфейс – это связующее звено между различными элементами структуры, системы или комплекса.
Цель моей работы – узнать о современных интерфейсах и их применении в промышленности на конкретных примерах и на основе этого сделать общие выводы для всех интерфейсов. Метод, который я выбрал, – это сравнения двух интерфейсов модели MIL, а именно MIL-1553B и MIL-1773.
2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Стандартные интерфейсы последовательных мультиплексированных каналов (МК) типов MIL-1553 и MIL-1773 широко применяется для локального многоточечного соединения распределённых подсистем специального назначения. Они обеспечивают расширенные режимы адресации, включая широковещательный, защиту от помех и идентификацию ошибок передачи.
В состав МК всходят контроллер (К), оконечные устройства (ОУ) (до 31), линии передачи информации. Контроллер, обычно входящий в ЭВМ, управляет обменом информации, осуществляет сопряжение с линией передачи и контроль передачи информации, состояния ОУ и самоконтроль. ОУ принимает и выполняет адресованные ему команды контроллера, осуществляет сопряжение подключённого оборудования с линией передачи информации, контролирует передачу информации, производит самоконтроль и передает результаты контроля в контроллер.
3. ЛОГИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРОТОКОЛ
Обмен информацией осуществляется по принципу «команда-ответ» с временным разделением сообщений. Информация передается в МК в виде сообщений, состоящих из командных (КС), информационных (ИС) и ответных слов (ОС).
В МК предусмотрены три вида передачи сообщений: от К к ОУ, от ОУ к К, от ОУ к ОУ. Порядок следования сообщений произвольный.
Форматы сообщений при передаче информации:
1) от К к ОУ – (КС, ИС,...ИС, Т1, КС, Т3);
2) от ОУ к К – (КС, Т2, ОС, ИС,...ИС, Т3);
3) от ОУ к ОУ – (КС, КС, Т2, ОС, ИС,...ИС, Т1, ОС, Т3);
где Т1, Т2, Т3 – время соответствующих пауз.
Формат командного сообщения (приказа) от К к ОУ – (КС, Т2, ОС, Т3). Информационные сообщения передаются пословно или массивами длиной до 32 слов. Передача информации осуществляется последовательным цифровым кодом по общей линии МК, асинхронным способом с выделением синхронизирующих сигналов из принимаемого кода в полудуплексном режиме.
Формат КС, ИС, ОС (в разрядах): синхросигнал С(3), информация (215...20), контроль по нечётности Р(1).
Информация длиной более 16 разрядов передаётся последовательно в двух словах, в первом – с большим весом, во втором – с меньшим, неиспользованные разряды – в виде логического 0.
Командное слово содержит следующие поля (разряды):
1) С(3), адрес ОУ(5);
2) признак «приём-передача» (1);
3) подадрес / режим управления (5);
4) число информационных слов / код режима управления (5) Р(1).
Каждому ОУ присваивается один из 32 адресов, за исключением адреса 31, зарезервированному для специальных целей (широковещательного режима). Подадрес используется для указания адреса вводимой/выводимой информации. Код подадреса указывает ОУ, что поле числа слов содержит код команды управления. Число информационных слов указывается ОУ в двоичном коде, причём коду 0 соответствует число 32.
Команду и коды режима управления используются с учётом функционального назначения ОУ или К и приведены ниже в таб1:
Наименование команд | Обозначение | Код |
Принять управление каналом | ПУК | 00000 |
Передать ответное слово | ПОС | 00001 |
Провести самоконтроль | ПС | 00010 |
Блокировать передатчик | БП | 00011 |
Разблокировать передатчик | РП | 00100 |
Установить исходное состояние | УИС | 00101 |
Резерв | 00110...11111 |
Информационно слово содержит следующие поля ( в разрядах):
1) С(3);
2) информация 16;
3) Р(1).
Ответное слово содержит следующие поля ( в разрядах):
1) С(3);
2) адрес ОУ (5);
3) признаки состояния (11); Р(1).
Поле признаков состояния содержит следующие разряды:
1) «ошибка в сообщении» – при отсутствии достоверности принятого ОУ предыдущего сообщения;
2) «подсистема занята» – при лог.1 сообщает К, что подсистема не может передать данные ОУ;
3) «принято управлением каналом» – при лог.1 сообщает в ответ на соответствующую команду, что другой К, выполняющий в данный момент функции ОУ, принял управление каналом;
4) «неисправность ОУ» – при лог.1 сообщает К о неисправности ОУ; разряд контроля по нечётности используется обычным образом.
4. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ
Команда ПУК указывает К, работающему в данный момент как ОУ, на то, что он должен принять управление каналом. Контроллер, приняв адресованную ему команду, выдаёт ОС, в котором устанавливает соответствующий разряд в поле признаков состояния, после чего берёт управление МК. Если К указывает в ОС, что он не принимает команду, то К, передавший команду, продолжает осуществлять управление МК.
По команде ПОС оконечное устройство передаёт ответное слово. По команде ПС оконечное устройство производит самоконтроль. По команде БП оконечное устройство блокирует передатчик и соединение с резервной шиной. По команде УИС оконечное устройство производит установку необходимых схем и узлов в исходное состояние.
Сообщения передаются без пауз между:
1) КС при передаче от ОУ к ОУ;
2) КС и первым ИС массива при передаче от К к ОУ;
3) ИС массива;
4) ОС передающего ОУ и первым ИС массива.
При передаче сообщений паузы Т1 и Т2 должны быть в интервале 2...10 мкс между: КС и ОС (Т2); последним ИС массива и ОС (Т1). Пауза Т3 между ИС или ОС сообщения и С следующего сообщения – не менее 2 мкс.
При передаче кода передачи информации применяется биполярный двухуровневый фазоманипулированный код без возвращения к нулю, так называемый код Манчестер-II. Скорость передачи составляет 1 Мбит/с +/- 1%.
Слово, принятое К или ОУ, должно удовлетворять следующим требованиям:
1) началом слова является синхросигнал (три бита);
2) 17 информационных сигналов соответствуют используемому коду Манчестер-II;
3) 16 разрядов слова удовлетворяют проверке на нечётность.
При несоответствии принятого слова этим требованиям оно считается недостоверным. В этом случае ОС устройства, принявшего слово, должно устанавливать лог.1 в разряде «ошибка в сообщении».
К повторно производит передачу сообщения в случаях если:
1) ОС, поступившее в К, содержит лог.1 в разряде «ошибка в сообщении»;
2) принятая К информация недостоверна;
3) ОС не поступает в К в течение 10 мкс после передачи им КС или последнего ИС;
4) после передачи К второго КС;
5) после передачи ОУ последнего ИС.
Число повторных передач сообщений и формирование признака отказа оборудования определяется в зависимости от функционального назначения системы или комплекса.
5. ФИЗИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ MIL-1552B
Линия передачи информации представляет магистральную шину с ответвлениями (шлейфами), согласованную с обеих сторон резисторами с сопротивлением R0 = 75 Ом +/- 5%. Подключение к МК осуществляется через схему, содержащую защитные резисторы (R3 = 56 Ом +/- 5%), трансформатор гальванической развязки, приёмник/передатчик. К МК длиной не более 100 метров обычно подключается не более 32 шлейфов длиной не долее 6 метров каждый. В специальных случаях возможно подключение 64 ОУ при длине шлейфов не более 0,1 метра, входном сопротивлении приемника/передатчика не менее 6 кОм, длина МК до 120 метров с волновым сопротивлением p = 150 Ом.
Кабель линии передачи выполняется в виде симметричного экранированного кабеля на основе кручёной пары проводов с волновым сопротивлением p = 75 Ом +/- 10%. Волновое сопротивление кабеля шлейфа 150 Ом +/- 10%. Затухание сигналов на 1 м длины на частоте 1 МГц – не более 0,03 дБ при электроёмкости не более 90 пФ. Число скруток жил на 1 метр длины кабеля – не менее 40 для кабеля с p = 75 Ом и 25 для кабеля с p = 150 Ом.
6. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Сигналы, поступающие от передатчика в МК:
1) диапазон изменения полного размаха сигнала 3...10 В;
2) длительность полуволны τ/2 информационного сигнала на выходе передатчика 0,5 мкс +/- 5%;
3) длительность фронта и среза 0,1...0,15 мкс.
Сигналы, поступающие из МК на вход приёмника:
1) диапазон изменения полного размаха сигнала – 1...1 В;
2) форма сигналов – от прямоугольной до синусоидальной;
3) входное сопротивление – не менее 2 кОм в диапазоне частот 0,1...1 МГц.
Внутриблочное сопряжение: ОУ и совмещённое с ним оборудование сопрягаются через цифровой интерфейс, назначение сигналов линии которого приведено ниже:
Сигнал | Назначение |
Информация | Цифровая информация, передающаяся в одном направлении. Каждый информационный разряд передаётся в момент, совпадающий положительным фронтом, синхроимпульса |
Синхронизация | Последовательность импульсов, поступающих с частотой 1МГц из ОУ в оборудование. Число импульсов равно суммарному числу разрядов информационных слов, передаваемых в сообщении |
Запрос | Сигнал из ОУ в оборудование. Лог.1 указывает на инициализацию передачи информации в одном из двух направлений, лог.0 – на окончание передачи |
Подтверждение | Сигнал из оборудования в ОУ. Лог.1 идентифицирует принятие сигнала «Запрос» и готовность оборудования к передаче данных. Лог.0 указывает на принятие оборудованием Лог.0 сигнала «Запрос» и на окончание передачи информации |
Флаг | Сигнал из оборудование в ОУ указывает ему, что имеется запрос от оборудования для ввода информации |
Блокировка | Сигнал из ОУ в оборудование. Лог.1 указывает на ввод информации в ОУ и ему запрещается инициализировать ввод информации при Лог.1 сигнала «Флаг». Лог.0 указывает на ввод информации из ОУ |
Ошибка | Сигнал из ОУ в оборудование. Лог.1 идентифицирует ошибку по чётности при приёме в ОУ информации. Сигнал переходит из Лог.1 в Лог.0 при изменении сигнала «Подтверждение» с Лог.0 на Лог.1 |
Информация передаётся по шине последовательным кодом в виде 17- разрядных двоичных слов, причём последним передаётся конкретный разряд. Скорость передачи информации 1Мбит/с +/- 0,1%.
7. ФИЗИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ MIL-1773
Интерфейс рассчитан на применение волоконно-оптовых линий связи, совместим на уровне программных и основных технических средств сопряжений с интерфейсом MIL-1553В. Интерфейс разработан для более надёжной работы оборудования в условиях физических повреждений, электромагнитных помех и радиации.
В модифицированных блоках сопряжения сохраняются скорость и способ кодирования, что обеспечивает совместимость с существующим стандартом MIL-1553B.
В интерфейсе используется трёхуровневый код (+V, - V, 0). Применение оптических приёмников с тремя выходными состояниями при наличии на входе только двух обеспечивает возможность непосредственной замены существующих приёмников на оптические.
Вероятность появления ошибки в этих интерфейсах одинаковые и составляют не более 10-7 при различных условиях передачи сигналов. В отличии от МК в этом интерфейсе применяются пять различных типов структур:
1) передающая и обратная звёзды;
2) двунаправленная и однонаправленная Т-схемы;
3) гибридная схема, относящаяся к нижнему уровню ВОС (взаимосвязь открытых систем).
Развитие интерфейса MIL-1553В предусматривает в будущем повышение скорости передачи для волоконно-оптических линий в широкополосных каналах связи.
8. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выводы, которые я сделал, изучая два интерфейса, не относятся к ним конкретно, а скорее к интерфейсам как приборам. Я понял, что существует множество различных интерфейсов с сильно отличающимися схемами. Это приводит к малой совместимости уже между ними самими, что приводит к сильному неудобству пользователя системой. Имеется ввиду то, что, выбрав систему одного производителя, крайне сложно использовать в этой системе компоненты другого. Ярчайший пример этого – это подзарядные устройства различных сотовых телефонов.
Это происходит из-за сильнейшей конкуренции между фирмами-производителями. Во-первых, все схемы держатся в секрете, а во-вторых, производителю просто не выгодно, чтобы к его оборудованию можно было подключить более дешёвую модель конкурента.
9. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1) «Интерфейсы средств вычислительной техники», , 1993 г.
