3.1.  Интерфейсы систем управления

Одним из определяющих моментов в проектировании систем управления с использованием  СВТ является выбор совокупности унифицированных аппаратных, программных и конструктивных средств, необходимых для реализации алгоритмов взаимодействия разнообразных функциональных устройств, иначе говоря, выбор интерфейса или в общем случае совокупности интерфейсов для конкретной системы.

По функциональному назначению интерфейсы  делятся на магистральные (внутримашинные), внешние интерфейсы периферийных устройств, системные (интерфейсы локальных сетей).

Наибольший интерес представляют внешние интерфейсы периферийных устройств, которые обеспечивают связь датчиков информации, исполнительных органов, территориально отдаленных от процессора на десятки или сотни метров. В таких интерфейсах используется как параллельный, так и последовательный способы обмена информацией.

Основные технические характеристики интерфейсов периферийных устройств, которые широко применяются, приведены в табл. 3.1.

КОП - многомагистральный канал общего поль-зования обеспечивает соединение программируемых и непрограммируемых электронных измерительных устройств, которые применяются в лабораторных или цеховых условиях. Схема включения и структура КОП приведена на рис.3.1.

Устройство А способно управлять передачей, передавать и принимать информацию, В - передавать и принимать информацию, С - только передавать или только принимать информацию. MD, МС, МУ - соответственно магистрали данных (восьмиразрядные), синхронизации и управления.

Примерами наиболее распространенных последовательных интерфейсов периферийных устройств могут служить интерфейсы RS-232C, RS-423, RS-422. В основе интерфейсов RS-232C, RS-423 лежит одноведущая несогласованная линия, по которой информация передается двуполярными посылками.

В одноведущей линии для передачи сигнала используется один провод, напряжение на котором сравнивается с напряжением приемника линии общей шины.

Этот способ построения линии наиболее простой, но имеет существенный недостаток: на информационный сигнал накладываются помехи в линии, которые в свою очередь обуславливают ограничение длины линии и скорость передачи. Например, в интерфейсе RS-423 при скорости передачи информации 3 кбод длина линии  всего лишь 12м. Интерфейс RS-422 применяется на симметричных дифференциальных линиях (витая пара, радиочастотный кабель), которые  имеют более высокие характеристики, чем одноведущие. В частности, по линии интерфейса RS-422 возможна передача информации со скоростью до 100 кбод на расстояние до 1000 м, а при скорости 10 Мбод - до 12 м.

Таблица 3.1  - Типы интерфейсов

Технические характеристики

Интерфейс

КОП

RS232

RS423

RS422

MIL-STD1553

Скорость передачи информации

8*10

20

300

10000

125

Длина магистрали (м)

20

15

600

1200

100

Кол-во линий интерфейса

16

1

1

2

2

Способ обмена информацией

пара-лель-й

после-дов-й

после-дов - й

после-дов-й

последов-й

Режим обмена

полу-дуп-лекс

симп-лекс

симп-лекс

симп-лекс,

полу-дуп-лекс

симплекс,

полудуплекс,

мульти-

плексор

Рисунок 3.1. Структура КОП

Рисунок 3.1. Структура КОП

Рассмотренные интерфейсы разрешают организовать обмен информацией в симплексном, полудуплексном, дуплексном и мультиплексном режимах. Для случая связи двух абонентов в симплексном режиме только один из двух абонентов может инициировать в любой момент времени передачу информации по интерфейсу (рис. 3.2а).

Для случая связи абонентов в полудуплексном режиме любой абонент может начать передачу информации второму, если линия связи интерфейса при этом оказывается свободной (рис. 3.2б).

Для случая связи абонентов в дуплексном режиме каждый абонент может начать передачу информации другому в произвольный момент времени (рис. 3.2в).

Для случая абонентов в мультиплексном режиме в произвольный момент времени связь может быть осуществлена между парой абонентов в любом, но одном направлении от одного из абонентов к другому (рис. 3.2г).

При организации интерфейса с внешними устройствами иногда необходимо обеспечение совместимости уровней сигналов. При этом используются технические средства - преобразователи уровней. В составе схем малой и средней степени интеграции ТТЛ-, ЕЗЛ-, КМДН-типа есть специально разработанные преобразователи уровней. Среди них можно выделить преобразователи ЕЗЛ-ТТЛ (К500ПУ125), ЕЗЛ-ТТЛ (К500ПУ124), КМДН-ТТЛ (176ПУ1, 176ПУ2, 176ПУЗ, 564ПУ4, 564ЛН1, 564ЛН2), КМДН- ТТЛ (К155ЛНЗ, К155ЛН5) и др. В случае, если необходимо разработать специальный преобразователь, можно воспользоваться одной из следующих схем:

  • делитель напряжения;
  • фиксаторы уровней;
  • устройства, сдвигающие уровни;
  • ключевые транзисторные схемы;
  • схемы, работающие на принципе переключения тока;
  • оптронные переключатели;
  • трансформаторные схемы.

Рисунок 3.2. Режим обмена информацией 

Рисунок 3.2. Режим  обмена  информацией

а) симплексный;  б) полудуплексный;   в) дуплексный; г) мультиплексный.

Делители напряжения применяют для преобразования высоких уровней напряжения в низкие. На рис. 3.3 приведен пример соединения схемы КМДН-типа, которые работают с низким уровнем напряжения источника питания. Для схемы можно рекомендовать R1 = 20 кОм, R2 = 10 кОм.

Рисунок 3.3. Преобразователь высокого уровня напряжения в низкий

 Рисунок  3.3. Преобразователь  высокого  уровня напряжения в  низкий

На рис.3.4. приведен пример схемы преобразователя уровней на  основе схемы фиксатора потенциалов. Необходимо преобразовать высокий потенциал 27В в уровень, необходимый для работы схемы КМДН-типа,
 напряжением питания +5В. При разомкнутом ключе уровень  обеспечивается резистором R2. При запертом ключе на выходе схемы будет действовать потенциал, равный . Выбираем R1 = 10 кОм, а R2 = 10 кОм.

На рис.3.5. приведена схема, преобразующая сигнал низкоомного датчика от уровней напряжения  +5В и + 4,1В до уровней -0.7, -1,6 В для стандартного элемента ЕЗЛ-типа. Очевидно, что напряжение пробоя стабилитрона равно 5.7В. Задаваясь током, который проходит через стабилитрон, равным 5мА (при условии, что такой ток обеспечивает исходная цепь датчика), определим

Рисунок 3.4. Преобразователи уровней на основе схемы фиксатора потенциалов

Рисунок  3.4. Преобразователи уровней на основе схемы фиксатора потенциалов

Рисунок 3.5. Схема сдвига уровней 

Рисунок 3.5. Схема сдвига  уровней

Схемы, работающие на принципе переключения тока, используются в качестве преобразователей уровней в случаях, когда логический перепад может составлять доли вольта.

На рис. 3.6 приведена схема преобразователя уровня +1,5В, +1,0В в уровни схем ТТЛ-типа. Для схемы можно рекомендовать R1 = 1,5 кОм, R2 = 0,68 кОм, R3 = 1,2 кОм,   = 20мА,  схема нагружена  на 10 схем   ТТЛ-типа.

Оптронные переключатели используются для гальванической развязки электрических цепей при одновременном преобразовании уровней.

На рис. 3.7 приведена схема преобразователя уровней тока в уровни схем  ТТЛ-типа.

На рис. 3.8 приведен пример использования схемы трансформаторного преобразователя уровней.

Рисунок  3.6. Преобразователь  уровня

Рисунок 3.7. Преобразователь уровней тока в уровни схем ТТЛ - типа

Рисунок 3.7. Преобразователь уровней тока в уровни схем  ТТЛ - типа

Рисунок 3.8. Схема трансформаторного преобразова-теля уровней

Рисунок  3.8. Схема трансформаторного преобразователя уровней

Локальные системы автоматики


*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.