Měřicí systémy - Laboratoř měřicích systémů

Obsah
Měřicí systémy
Literatura:
Haasz,V.-Roztočil,J.-Novák,J.: Číslicové měřicí
systémy.Vydavatelství ČVUT, Praha 2000.
Systémy složené z autonomních
měřicích přístrojů a modulů
Sériová rozhraní
• RS-232:
topologie „bod-bod“
max. 115 kb/s, 2 zařízení, délka 15 m dle
standardu (v praxi až 100 m); rozhraní určeno
pro připojení jednoduchých periferií osobních
počítačů (tiskárna, myš) a měřicích přístrojů
• USB (Universal Serial Bus): stromová topologie;
12 Mb/s (480Mb/s pro USB2.0), max. 127
zařízení, 5 m mezi zařízeními;
speciální 4-vodičový kabel; náhrada RS-232
Sériová rozhraní - pokračování 2
• Ethernet - topologie sběrnice (10Base-2) nebo
hvězda (10Base-T, 100Base-TX)
• 10Base-2 „klasický Ethernet“ (koaxiální kabel);
10 Mb/s; max. délka sběrnice185 m
• 10BaseT– max. 10 Mb/s; kroucený dvoudrát, délka
max. 100 m
• 100Base-TX– max. 100 Mb/s; kroucený dvoudrát,
délka max. 100 m
Typicky používán pro sítě LAN+průmyslové sběrnice,
ale nachází uplatnění i v měřicích systémech (LXI).
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Úvod
Systémy složené z autonomních přístrojů a modulů
Seriová rozhraní
Paralelní rozhraní
Architektury na bázi sběrnice ISA a PCI
Modulární systémy
CompactPCI a PXI systémy
Systémy VME a VXI
Diskuse
Sériová rozhraní - pokračování 1
• IEEE 1394 (Firewire): stromová topologie;
400 Mb/s, 63 zařízení; 5 m mezi zařízeními; max.
délka 72 m; speciální 6-vodičový kabel;
určena pro připojení periferií náročných na objem a
rychlost přenášených dat (digitální kamery, video;
propojení VXI systému a externího PC)
• RS-485:
sběrnicová topologie
max. 10 Mb/s, 31 zařízení, max. délka 1200 m bez
opakovačů (repeaters); délka*rychlost= 100 m Mb/s;
kabel typu „kroucený dvoudrát“;
sběrnice určena pro průmyslové aplikace
(FIELDBUS)
Sériová rozhraní - pokračování 3
Ethernet je základem měřicích systémů
LXI = LAN eXtension for Instrumentation
http://www.lxistandard.org/
Paralelní rozhraní
Centralizované systémy
• IEEE 488 (GPIB) – max. 1 MB/s, 14 devices, max. 20
m, 2 m mezi zařízeními (typická sběrnice laboratorních
měřicích systemů)
• HS488 (high speed GPIB protocol) – max. 8 MB/s
(2 zařízení, 2 m) nebo 1.5 MB/s (14 zařízení, 15 m)
• Systémy na bázi sběrnice ISA a PCI
• Modulární systémy
- Systémy VME a VXI
- CompactPCI a PXI systémy
• IEEE 1284 (EPP – Enhanced Parallel Port) – PC
parallel port
• MXI - max. 40 MB/s (typicky použito pro propojení PC a
VXI systému)
Měřicí systémy na bázi PC
• ISA Bus
Standard PCI Bus
PCI = Peripheral Component Interconnect
• starší typ interní sběrnice osobních počítačů
standardu IBM PC
• 16-bitová datová sběrnice, 24-bitová
adresová sběrnice
• 8 MB/s max. přenosová rychlost
• Základní taktovací frekvence 25 až 33 MHz resp. 66 MHz
• 32 nebo 64-bitové přenosy dat (132/264 resp. 528 MB/s)
• max. zátěž 10 PCI zařízení na sběrnici - externí PCI zařízení
přestavují dvojnásobnou zátěž; rozšíření (sekundární
sběrnice) možné pomocí
• PC/104
PCI-PCI mostů (bridges)
průmyslová stavebnicová
• napájení 3.3 V nebo 5.0 V
verze desek s ISA sběrnicí
• podpora Plug and Play
PCI sběrnice je základem pro nové sběrnicové
architektury
PC Card Standard
Používá
Používáse
senejčastěji
nejčastějiuupřenosných
přenosnýchpočítačů;
počítačů;
kkinterní
internísběrnici
sběrnici počítače
počítače(ISA
(ISAnebo
neboPCI)
PCI)připojena
připojena
přes
přesmůstek
můstek(bridge)
(bridge)
PC Card Standard
rev. 1.0 - 1995
CardBus
CardBus
Compact
Compact PCI
PCI
PXI
PMC
PMC
PC/104+
PC/104+
Zahrnuje:
16-bit PC Card - PCMCIA 2.1;
ISA sběrnice; přenosová
rychlost 20 MB/s
PC Card Bus - 32-bitová
sběrnice PCI; 132 MB/s
Modulární systémy
Další varianty sběrnice PCI
• PMC = PCI Mezzanine
Card – rozšiřující moduly pro
• VME (přenosová rychlost 40 MB/s)
• VXI
• Compact PCI (přenosová rychlost 132 MB/s)
• PXI
VME, VXI, CompactPCI, PXI
• PC-104 Plus – průmyslová
stavebnicová verze desek s
PCI sběrnicí
VXI
Příklad modulárního systému PXI
GP
IB
2
MXIIE
bV
La
n
Di
gi
ta
l
I/O
Br
V
ge
id
W
IE
La
bW
io
IMA
Q
I/O
ow
s/
CV
I
ct
un
in
d
M
t if
ul
W
• Otevřený sběrnicový systém (open bus standard)
“VXIbus System Specification ” udržovaný
konsorciem „VXIbus Consortium“
• systém se skládá z rámu (mainframe) a modulů v
jednotlivých „slotech“ (kontrolér je umístěn ve slotu 0)
• „mainframe“ obsahuje pasivní sběrnici VXI, napájecí
zdroje a aktivní chlazení
• 4 velikosti modulů A,B,C,D
• definovány požadavky na EMC
• max. přenosová rychlost 40 MB/s
VXI - příklad rámu (mainframe) velikosti C
VXI
• Příklad kontroléru - modul velikosti C
VXI - pokračování
• VXI bus = VME bus (Data Transfer Bus = 32-bit
address and 32-bit data bus + control &handshaking
signals, Arbitration Bus, Priority Interrupt Bus, Utility
Bus)
• clock and synchronization lines, trigger lines, Local
Bus, SUMBUS, STAR bus, MODID lines
• 4 třídy VXIbus zařízení – register based, message
based, memory and extended devices
• definovaný komunikační protokol – Word Serial
Protocol (pro „zařízení založené na zprávách“)
Velikosti modulů
• 3U is core form factor
• 6U extensions
6U
Compact
PCI
CompactPCI
• navržena firmou Ziatech Corp.
• specifikace je udržována skupinou
PICMG (PCI Industrial Computer
Manufacturers Group)
• pasivní PCI sběrnice je umístěna na
zadní straně rámu velikosti 3U nebo
6U
Konektory
• Definovány standardem
IEC-1076
• J1 and J2 for 3U
• J3-J5 for 6U
J1
3U
PXI
• PXI = PCI eXtensions for Instrumentation –
navržen firmou National Instruments
Upravený standard CompactPCI:
• rozšíření sběrnice PCI
• požadavky na chlazení uvnitř rámu
• požadavky na SW podporu
PXI
J2
Schéma sběrnice
SW aspekty
Star trigger
Peripheral
Local
Bus
• Kontrolér PXI musí podporovat rámce:
Peripheral
Peripheral
System
controller
Star trigger
controller
10 MHz
CLK
- Windows NT
- Windows 95
• Každé zařízení by mělo být dodáváno s
Win32 ovladačem
• Musí být implementována podpora VISA
knihovny
132 Mb/s, 33 MHz, 32-bit computer bus
Trigger bus (RTSI, 20MHz)
Software
Electrical
Možnosti spolupráce VXI, VME, GPIB a PXI
PXI chassis
Price vs. Performance
VXI
Price
VXI chassis
GPIB INSTRUMENT
GPIB
MXI
VXI or VME chassis
Modular instrumentation
for mainstream users
Desktop PC
PXI
peripheral
Carrier
card
PXI
peripheral
Performance