Лекция №9 Интерфейс КАМАК (CAMAC)

Интерфейс КАМАК (CAMAC) – модульная система электронного оборудования, объединенная единым интерфейсом и позволяющая проводить сбор данных, автоматические измерения и управление объектами или процессом.

Имеет магистрально-модульный принцип построения и программный способ управления.

9.1 Конструктивная совместимость элементов системы.

С целью обеспечения конструктивной совместимости стандарт определяет конструкции двух элементов:

1. Крейт (каркас);

2. Вставной модуль.

Крейт – конструкция со стандартными внутренними размерами окна (ширина: 480 мм, высота: 200.9 мм, глубина: 360 мм). Содержит по 25 верхних и нижних направляющих, по которым в него вставляются модули. В тыльной части крейта расположены 86-контактные розетки разъемов. Пара направляющих и розетка разъема образуют установочную станцию. Левые станции (1-24) называются – нормальные, правая станция (25) – управляющая (распайки их различаются). Разъемы крейта соединяются определенным образом многопроводным каналом связи – магистралью крейта.

Рис. 9.1 Конструкция крейта.

Вставной модуль представляет собой блок (высота: 221.5 мм, глубина: 305 мм, ширина лицевой панели: 17,2*К мм, где К=1, 2, 3,..), состоящий из передней (лицевой) панели, на которой расположены органы ручного управления и связи с объектом; верхнего и нижнего ребер, которые скользят по направляющим установочной станции крейта, и монтажной платы с 86-контактной вилкой разъема. Минимальная ширина передней панели 17,2 мм равна расстоянию между соседними установочными станциями.

Рис. 9.2 Конструкция вставного модуля.

Все модули КАМАК делятся на функциональные и управляющие. Функциональные модули выполняют определенные функции, необходимые для управления объектом, в соответствии с сигналами, поступающим по магистрали. Состав и расположение функциональных модулей - произвольное. Управляющий модуль устанавливает непосредственную связь ЭВМ с крейтом и управляет работой функциональных модулей. Управляющий модуль в крейте (как правило, он один) всегда занимает 25 управляющую станцию и хотя бы одну из нормальных станций (часто 24).

Энергетическая совместимость:

±6 В для источника питания: +6 В – ТТЛ, -6 В – ЭСЛ. Для питания используется 5 В, а 1 В гасится.

Для питания +5 В используется следующая схема:

Рис. 9.3 Схема для питания +5 В.

±24 В для транзисторов. В крейте предусмотрены дополнительные источники питания: ±12 В для питания интегральных микросхем. Напряжение ±12 В получают с помощью конвертора напряжения.

Общая мощность в крейте не должна превышать 200 Вт, в одной станции – 8 Вт.

Информационная совместимость:

Информационная совместимость элементов системы по характеристикам сигналов.

· Аналоговые сигналы должны лежать в диапазоне 0÷5 В – для однополярных сигналов, -5÷+5 В для двуполярных сигналов.

· Логические сигналы: ТТЛ ИС – для сигналов, передаваемых по несогласованным линиям, ЭСЛ ИС – для согласованных сигналов 50 Ом.

· Внутренние сигналы, передаваемые по магистрали крейта: ТТЛ ИС.

Рис. 9.4 Передающий каскад.

Рис. 9.5 Приемник.

9.2 Магистраль крейта КАМАК.

Магистраль крейта КАМАК служит для обмена информацией между контроллерами и функциональными модулями. По типу соединений линии магистрали делятся на 2 типа:

1. Сквозные линии, объединяющие одноименные контакты всех разъемов с 1 по 25 за исключением линий R, W.

R, W объединяют разъемы только нормальных станций.

2. Индивидуальные линии, объединяющие определенный контакт нормальной станции с определенным контактом управляющей станции.

Рис. 9.6 Магистраль крейта КАМАК.

По магистрали крейта передаются адреса, команды, данные, статусная информация и напряжение питания. Группа линий связи, предназначенная для сигналов одинакового функционального назначения, называется шиной.

Шина данных 24 разрядная, однонаправленная, состоит из 24 линий R (“Чтение”) и 24 линий W (“Запись”). По линиям W контроллер может пересылать информацию в функциональный модуль, по линиям R функциональный модуль может пересылать информацию контроллеру. Обмен данными может выполняться словами длиной до 24 двоичных символов, младший бит передается по линии R 1.

Шина адреса состоит из 24 индивидуальных линий “номер станции” (N 1- N 24) – по линиям N передается адрес модуля, такой способ адресации называется географической адресацией. Также имеет 4 сквозных линии: A 8, A 4, A 2, A 1 – по ним передается субадрес элемента в модуле. Адрес некоторого элемента функционального модуля складывается из номера установочной станции N_i и кода субадреса. Дешифрация субадресов выполняется непосредственно в адресованном модуле.

Шина управления состоит из 5 сквозных линий “Операция” (F 16, F 8, F 4, F 2, F 1) и 3 линий “Общее управление” (Z, C, I). Сигналы на линиях F позволяю контроллеру передавать 32 различных кода операций от F (0) (F 16= F 8= F 4= F 2= F 1=0) до F (31) (F 16= F 8= F 4= F 2= F 1=1), которые должны выполняться адресованным модулем. Коды операций полностью декодируются в модуле.

Сигналы общего управления позволяют выполнять безадресные операции общего управления одновременно во всех модулях крейта. Сигнал Z (“Пуск”) служит для начального запуска системы, позволяет установить все регистры данных, управляющие регистры и отдельные триггеры в определенное начальное состояние. Сигнал C (“Сброс”) служит для установки в исходное состояние выбранных разработчиком регистров и отдельных триггеров. Разница в действии сигналов Z и C заключается в том, что сигнал Z должен обязательно использоваться разработчиком, а сигнал C может использоваться по усмотрению разработчика. Сигнал I (“Запрет”) может запрещать действия в модуле, предусмотренные разработчиком.

Шина состояния включает 3 сквозные линии “Состояние” (X, Q, B) и 24 индивидуальные линии “Запрос” (L 1- L 24). Сигнал X (команда принята) является обязательным ответом модуля на адресованную ему операцию F (0)- F (31). Модуль вырабатывает сигнал X =1, если может выполнить команду. Во всех остальных случаях должен быть установлен X =0. Сигнал Q (Ответ) показывает состояние модуля, может вырабатываться модулем в ответ на любую адресованную операцию для указания состояния выбранного элемента модуля. F (8) – проверка запросов, F (27) – проверка состояния. Сигнал B (магистраль занята) – единственный статусный сигнал, вырабатываемый контроллером крейта. Сигналы запросов L 1- L 24 вырабатываются модулями для передачи контроллеру сообщений о необходимости выполнения действий по их обслуживанию.

Шина синхронизации включает 2 сквозные линии: СТРОБ1, СТРОБ2 – синхронизация обмена по магистрали и синхронизация операций в модуле при контроллере. СТРОБ1 (S1) разрешает контроллеру или модулю принимать данные с линии магистрали и посылать какие-либо действия, не изменяющие состояние линии магистрали. СТРОБ2 (S2) используется для начала действий, которые могут изменить состояние линий магистрали. F (2) – чтение и сброс регистра, чтение по S1, сброс по S2.

Шина питания включает возможность подключения обязательных источников питания, дополнительных источников питания и резервных линий.

9.3 Пространственно-временные диаграммы на магистрали крейта.

Рис.9.7 Временные диаграммы операций на магистрали крейта КАМАК: а) адресных, б) безадресных.

a) Адресные операции.

Начиная операцию, контроллер выставляет на шины магистрали сигналы номера станции, субадреса, кода операции и сопровождает их сигналом “магистраль занята” B =1. Адресованный модуль реагирует на команду, генерируя статусные сигналы X, Q, а также данные при операции чтения на линии R магистрали. При операции записи контроллер устанавливает информацию на шину W. Прием сигналов с линий X, Q, R, W должен происходить в интервале действия строб-сигнала S1. По строб-сигналу S2 информация на шине данных может быть изменена. Сигнал запроса на обслуживание от модуля L =1 должен блокироваться на время выполнения адресуемой операции, по ее окончании может быть установлен, если передаваемая команда не изменила его значение. Следующая операция может начинаться в момент окончания предыдущей операции. Установление сигналов новых опреаций совпадает по времени с удалением сигналов от предыдущей операции. Длительность адресуемой операции – 1 мкс. Максимальная скорость передачи информации – 24 Мбит/с.

b) Безадресные операции Z, C, I вызывают действия во всех функциональных модулях, подключенных к магистрали. Операции Z и C обязательно сопровождаются сигналом B =1. Сигнал Z должен иметь абсолютный приоритет перед другими сигналами и сопровождаться сигналом I =1. Выполнение действий, определенных операциями Z и C, должно начинаться в момент появления строб-сигнала S2. Сигнал I =1 может устанавливаться на линию и сбрасываться в любые моменты времени. Помимо контроллера сигнал I может вводиться от внешнего источника или генерироваться функциональными модулями. В последнем случае сигнал I =1 сохраняется на магистрали до момента сброса его внутри модуля. Длительность безадресной операции составляет 0,75 мкс.

9.4 Виды и назначение адресных операций на магистрали крейта.

Во время выполнения адресных операций в модуле могут выполняться следующие действия:

- Чтение данных или запись;

- Установка в 1 или сброс в 0;

- Запуск модуля или его останов;

- Проверка состояния модуля.

Код операции задается состоянием сигналов на пяти линиях F 16, F 8, F 4, F 2, F 1 – 32 операции:

- 18 стандартных (содержание определено стандартом КАМАК);

- 8 нестандартных (могут использоваться разработчиком по своему усмотрению);

- 6 резервных (зарезервированы для дальнейшего развития системы КАМАК).

Дата добавления: 2014-01-07