Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
7 Компьютерные измерительные системы(КИС)
7.1 Объясните термин «Компьютерные измерительные системы», привести принципы построения компьютерных измерительных систем, основные конструкции и способы обмена с внешними устройствами.
Компьютерная измерительная система – это система совокупности средств измере ний, интерфейсов, персональных компьютеров (ПК) и программно го обеспечения (ПО) функционально объединенных для решения задач автоматизированных измерений.
Аппаратное обеспечение измерительной части КИС может быть реализована по модульному принципу в нескольких вариантах. Наиболее распространены следующие кон струкции:
законченные измерительные преобразователи и/или приборы (цифровые мультиметры, осциллографы и др. с интерфейсами), сохраняющие способность самостоятельной работы.
платы, встраиваемые в кроссплаты ПК (Plug-in-Board);
набор автономных функциональных модулей (Stand-Alone);
наборы модулей, встраиваемые в общий корпус (крейт) расширяемого шасси (Expension chassis);
Вариант встраиваемой в ПК платы, которая привлекает простотой использования и компактностью может не обеспечивать достаточно чувствительности на фоне внутренних компьютерных помех.
Возможности КИУ определяет вид интерфейсной связи (скорость передачи данных, гальваническое разделение, длина ли нии, помехозащищенность) измерительных устройств с ПК.
Два основных способа обмена информацией ПК с внешними устройствами (стандартный формат обмена - один байт):
Programm Control- программируемый обмен (ПО)- обмен информацией осуществляется под управ лением процессора, и именно он определяет ис точник, приемник и объем передаваемой инфор мации.
Direct Memory Access - прямой доступ в память (ПДП) -процессор до акта обмена информацией опреде ляет источник, приемник и объем информации. Сам обмен происходит без участия процессора под управлением контроллера ПДП.
В роли УВВ может выступать накопитель па гибком магнитном диске
(НГМД), накопитель на твердом диске (винчестер-диск (ВД)), КИУ или
любое другое устройство.
Все существующие КИУ по способу обмена информацией и конструктивным особенностям можно разделить на III уровня.
_________________________________________________________________________________
7.2 Привести основные классификационные признаки цифровых интерфейсов. Пояснить назначение контроллеров в компьютерных измерительных системах и назвать их основные режимы работы.
Основными классификационными признаками цифровых интерфейсов являются:
Кроме того, интерфейсы разделяют на стандартные и не стандартные; универсальные и смешанного применения; однонап равленные, двунаправленные и квазидвунаправленные.
Контроллеры применяются:
Контроллеры могут работать в трех режимах:
__________________________________________________________________________________
7.3 Объясните термин «система сбора и обработки данных». Пояснить назначение и привести принципы построения устройств ввода-вывода информации для компьютера.
„Система сбора и обработки данных” - совокупность блоков, модулей и приборов позволяющая осуществлять операции сбора и обработки данных. Соединение блоков, модулей или приборов между собой осуществляется линиями интерфейса.
В промышленности, научных исследованиях для сбора и обработки информации используют как специальные управляющие ЭВМ, системы на основе CAMAC, промышленные компьютеры, так и программируемые контроллеры, при необходимости работу которых координирует центральный компьютер. В достаточно простых системах в нормальных внешних условиях работы для выполнения функций контроллеров или центрального управляющего компьютера могут использоваться и обычные персональные компьютеры (ПК). Для обмена с внешним миром (не считая клавиатуры и монитора) в обычном ПК в первую очередь возможно использование различных адаптеров расширения подключаемых к стандартным внешним интерфейсам ПК или самих этих интерфейсов - последовательных и параллельных портов. Возможности стандартных интерфейсов для выполнения этих функций в достаточной степени ограничены. Кроме чисто функциональных ограничений - определенной разрядности предаваемых данных в ту или иную сторон играют свою роль и ограничения на пропускную способность интерфейсов и допустимое удаление подключаемых устройств. Несмотря на наличие систем сбора и обработки данных, построенных исключительно на использовании параллельных или последовательных интерфейсов, в основном возможности ПК для связи с внешним миром достигаются использованием адаптеров, располагаемых на платах расширения. Под платами расширения (add-in cards или рlug-in boards) обычно понимаются аппаратные средства, размещаемые на слотах системной шины или шин расширения ПК. Эти средства можно разделить на два основных класса: платы, обеспечивающие или расширяющие функциональные возможности ПК, и платы, обеспечивающие работу ПК в составе измерительных и управляющих систем.
Существует два основных способа обмена информацией
ПК с внешними устройствами (стандартный формат обмена - один
байт):
1) программируемый обмен (ПО).
При этом способе обмен информацией осуществляется под управ лением процессора, и именно он определяет ис точник, приемник и объем передаваемой инфор мации.
2) Прямой доступ в память (ПДП).
В этом случае про цессор до акта обмена информацией определяет источник, приемник и объем информации. Сам об мен происходит без участия процессора под уп равлением контроллера ПДП. Операцию ввода с прямым доступом в память можно разделить на три фазы: подготовка (установка режима), выполнение и завершение (восстановление). При централизованной структуре управления во всех ситуациях информация о том, что будут делать внешние устройства на каждой стадии операции, содержится в памяти центрального процессора.
Таблица управляющих данных состоит из отдельных частей, предназначенных для конкретных устройств ввода. Локализация этих частей непосредственно в памяти устройства ввода позволит более экономно расходовать пространство памяти центрального процессора.
__________________________________________________________________________________
7.4 Привести структуру устройств ввода-вывода аналоговой информации для компьютеров.
Структурные схемы устройств ввода-вывода аналоговой информации в компьютер представлены на рисунках ниже:
Рисунок 3.1 – Структурные схемы устройств с аналоговой коммутацией и индивидуально-групповым преобразованием входных сигналов
Рисунок 3.2 – Структурные схемы устройств с аналоговой коммутацией и групповым преобразованием входных сигналов
Рисунок 3.3 – Структурные схемы устройств с аналоговой коммутацией и индивидуальным преобразованием входных сигналов
Рисунок 3.4 – Структурные схемы устройств с цифровым коммутатором
На рисунке 3.4 в качестве цифрового коммутатора используется мультиплексор МХ.
Структуры, в которых УВХ, НУ, фильтры находятся после коммутатора, характерны для асинхронной передачи сигналов.
__________________________________________________________________________________
7.5 Привести принципы построения интеллектуальных устройств ввода-вывода информации для компьютерных систем. Перечислить задачи, которые решают интеллектуальные устройства ввода-вывода информации.
С развитием микропроцессорной техники были созданы децентрализованные устройства ввода-вывода информации, которые обеспечивают преобразование входных аналоговых данных, управляют взаимодействиями с центральным процессором системы, и берут на себя выполнение операции по предварительной обработке поступающих данных. Это позволяет снизить нагрузку линий связи, освободить центральный процессор от вспомогательных операций, сократить объем памяти, занятый промежуточными и конечными результатами.
При подобном подходе в состав интерфейсного ввода аналоговой информации включается собственный микропроцессор-«сателлит», благодаря чему устройства ввода аналоговой информации из пассивных источников превращаются в «интеллектуальные» терминалы, практически представляющие собой самостоятельные подсистемы сбора аналоговой информации. В этом случае процессорная мощность цифровой системы не концентрируется в одном месте, а рассредоточивается так, чтобы быть вблизи точек ее приложения.
Распределенный принцип становится практически оправданным даже при подключении всего нескольких внешних устройств ввода аналоговой информации, однако максимально возможное число внешних устройств ввода аналоговой информации, как и других внешних устройств, подключенных в этом случае, намного превосходит то, с которыми центральный процессор может работать самостоятельно.
«Интеллектуальные» устройства ввода-вывода аналоговых данных способны решать весьма сложные задачи, в числе которых можно указать следующие:
адаптивную выборку информации из источников и адаптацию к диапазону преобразования
фильтрацию преобразованных данных;
аппроксимацию отфильтрованных данных для компенсации нелинейности измерительных преобразователей или для экономного размещения в памяти;
вычисление параметров, которые не могут быть измерены непосредственно;
обеспечение высокой достоверности выходных данных в условиях внешних по отношению к интерфейсам факторов и контроль собственного состояния.
__________________________________________________________________________________
7.6 Привести функциональную схему и дать объяснение работы устройств ввода-вывода информации с прямым доступом к памяти.
Используется для получения высокой скорости передачи и повышения общей эффективности системы сбора данных.
Операцию ввода с прямым доступом в память можно разделить на три фазы: подготовка (установка режима), выполнение и завершение (восстановление).
Каждому слову данных соответствует ячейка устройства. Это увеличивает скорость передачи, но при этом должны быть выполнены следующие условия:
Устройство состоит из двух подсистем: аналого-цифрового преобразования и контроллера прямого доступа в память, работающих в конвейерном режиме. Пока выполняется очередное аналого-цифровое преобразование, по каналу прямого доступа производится передача предыдущего результата. Управление процессом прямого доступа выполняется с помощью трех регистров. В 16-разрядном регистре CSR, в соответствующие разряды которого записываются признаки ошибок в аналого-цифровом преобразовании фиксируется переход из режима прямого доступа в память.
CSR- регистр текущего состояния,WCR- счетчик слов,ADR- регистр адресации прямого доступа в память,ExA- расширитель регистра адресации,ЛСПД – логическая схема прямого доступа
Адрес начальной ячейки памяти вводится программным путем в 16-разрядный регистр текущего адреса ADR, содержимое которого в процессе взаимодействия с памятью увеличивается на единицу, до тех пор пока регистр не перейдет в состояние «0». Число циклов прямого доступа в память в виде дополнительного кода вводится в регистр WCR, контролирующий число операций прямого доступа, каждая из которых сопровождается увеличением содержимого регистра WCR, переполнение последнего прекращает прямой доступ в память.
Недостатком рассмотренного устройства является необходимость программной установки регистров.
__________________________________________________________________________________
7.7 Объяснить термин «базовое программное обеспечение» компьютерной измерительной системы. Назвать три уровня базового программного обеспечения компьютерной измерительной системы и дать им объяснение.
Базовое ПО - это ПО, которое осуществляет управление частями (модулями) оборудования, многоканальный сбор, накопление и запоминание данных, формирование и генерацию сигналов; оперативную обра ботку и визуализацию во временной и/или частотной областях; процедуроемкий (в том числе, статистический) анализ измеритель ной информации, в основе которого может лежать метрологичес кий подход; выдачу результатов в форматах, определяемых пользо вателем; объединение процедур индивидуального задания при пов торяющихся измерениях; обучение пользователя как работе с уст ройством, так и методам (алгоритмом) анализа и синтеза данных.
Различают три основных уровня базового ПО КИУ в зави симости от выполняемых им функций, а также способа задания режимов и управления.
Первый уровень состоит из программ-драйверов настройки аппаратуры и управления сбором (генерацией) данных через соот ветствующий интерфейс. Драйверы осуществляют связь програм мных Модулей анализа и синтеза сигналов с измерительным обо рудованием В начале основной программы пользователя загружается драйвер, соответствующий подключенной в данный момент к персональному компьютеру аппаратуре.
После загрузки большинство драйверов позволяют осущест вить настройку аппаратуры для проведения конкретного измере ния, что заметно снижает трудоемкость работы пользователя.
Второй уровень - программная среда. При использовании этого способа управление прибором осуществляется с помощью языка программирования аналогично установке алгоритма измере ния в автономных программируемых приборах (в анализаторах сиг нала). Применяется некоторый алгоритмический язык, позволяю щий осуществить программирование последовательностей необхо димых операций даже пользователю, имеющему минимальную квалификацию в области программирования
Третий уровень. Программное обеспечение
Блок-схемный способ. Алгоритм работы пакета задается построением графической схемы, элементы которой соответствуют процедурам ИПП .