1. Микропроцессорные приборы и комплексы -автономные средства измерения со встроенными микропроцессорны­ми системами (микроЭвм).

Достоинства:

-многофункциональность (экономически выгодно)

-повышение точности(т.к. МП – цифровые приборы, точность – разрядность АЦП)

-исключение систематических погрешностей

-уменьшение случайных погрешностей (многократные измерения, незаметные для пользователя)

-грубые погрешности (промахи исключаются автоматически) -компенсация внутренних помех

- расширение изм. возможностей – использование косвенных или совместных измерений

-упрощение управления прибором (автоматизация управления)

-визуализация результатов изм.

-дополнительные математические операции над результатом измерения

-запоминание большого объема данных

-малые габариты, высокая надежность, небольшая потребляемая мощность

-сокращение времени обработки данных

Недостатки:

-Ограниченное быстродействие, что не позволяет им обрабатывать ВЧ сигналы

-Сложность управления при отсутствии автоматизации

-Трудности программирования

-Трудности диагностики неисправностей и ремонта

-Дороговизна по сравнению с аналоговыми приборами.

2.Преимущества по срав­не­нию с традиционными циф­ро­вы­ми при­бо­ра­ми:

МП приборы можно применять вместо ЦП:

-Для многофункциональных приборов с возможностью расширения функциональности

-При взаимодействии с большим количеством входных устройств (дат­чиков) и выходных устройств (регистраторы, принтеры, цифровые табло)

-Требуется запоминание большого объема данных.

-Используются косвенные измерения и необходимо автоматизировать расчеты.

-Требуется самокалибровка и самотестирование.

-Требуется повышенная точность, не реализуемая обычными способа­ми.

-Необходимо автоматизировать статистическую обработку результатов.

-Требуется расчет и индикация оценок погрешности в процессе изме­рений.

-Необходимо провести математические преобразования результатов измерений.

-Велик объем измерений и требуется высокая производительность.

????????????????????????????????????????????????????

3. 16 разрядный АЦП обеспечи­вает разрешающую способность (дискрет квантования) 2^-15 =1/32768≈3*10^-5. а хз.

4. По­че­му ис­поль­зо­ва­ние мик­ро­про­цес­сор­ной сис­те­мы по­зво­ля­ет по­вы­сить точ­ность из­ме­ре­ния? При ка­ких ус­ло­ви­ях это воз­мож­но? Ка­кие ме­то­ды по­вы­ше­ния точ­но­сти из­ме­ре­ния при­ме­ня­ют в мик­ро­про­цес­сор­ных при­бо­рах?

Уменьшение по­грешностей по сравнению с обычными цифровыми приборами при прочих равных условиях достигается за счет исключения систематических погрешностей в процессе самокалиб­ровки: коррекция смещения нуля, учет собственной АЧХ прибора, учен нелинейности преобразователей. Самокалибровка в данном случае - это измерение поправок или поправочных множителей и запоминание их в ОЗУ с целью использования на этапе обработки опытных данных.

Уменьшение влияния случайных погрешностей (путем проведения многократных измерений с последующей обработкой выборки - усреднением, вычислением мат. ожидания и пр.). Выявление и устранение грубых погрешностей (промахов).

Вычисление и индикация оценки погрешности прямо в процессе измерения.

5. Как реа­ли­зу­ют рас­ши­ре­ние из­ме­ри­тель­ных и функ­цио­наль­ных воз­мож­но­стей мик­ро­про­цес­сор­ных при­бо­ров? Какие типы измерительных микропроцессорных приборов наи­более распространены и почему?

Расширение измерительных возможностей путем широкого исполь­зования косвенных и совокупных измерений, воспринимаемых опе­ратором в этом случае как прямые (поскольку результат обработки появляется на индикаторе сразу после проведения измерения). На­помним, что косвенные измерения включают в себя вычисления ре­зультата по опытным данным по известному алгоритму. Совокупные измерения предполагают измерение нескольких одноименных физических величин путем решения системы уравнений, получае­мых при прямых измерениях сочетаний этих величин. (Например, измерение сопротивления различных сочетаний резисторов - по­следовательное, параллельное, последовательно-параллельное, позволяют рассчитать сопротивление каждого из них). В этих случаях микропроцессор осуществляет управление процессом изме­рения по программе и проводит обработку опытных данных. Ре­зультат расчетов воспринимается оператором как результат пря­мых измерений, поскольку расчет делается быстро.

6. Ка­ко­вы осо­бен­но­сти про­грам­ми­ро­ва­ния мик­ро­про­цес­сор­ных при­бо­ров? Какие причины вызывают затруднения при создании их программного обеспечения? Укажите особенности программного обеспечения микропроцессорных приборов, его основные функции.

Программное обеспечение МП приборов включает в себя:

1. Программы обслуживания измерительных преобразователей (АЦП и др.), программы реализации метода измерения

2. Программы коррекции погрешностей - дрейфа и смещения нуля. Ка­либровки

3. Цифровые методы фильтрации измерительных сигналов - усредне­ние по выборке, сглаживание шумов.

4. Автоматизация процесса измерения (выбор пределов измерения, оп­тимальных параметров преобразователей)

5. Сравнение результатов с номиналом, масштабное преобразование результата. Математическая обработка результатов измерений.

6. Программное управление измерениями (программируемые приборы).

Особенности программирования для МП приборов связаны:

1. С ограниченным объемом ПЗУ. Необходимо писать компактные зада­чи, с использованием языков низкого уровня (Ассемблер).

2. Модульный принцип построения программ позволяет использовать в различных приборах одинаковые программные фрагменты.

3. Повышенная надежность программ - при наличии ошибок прибор ста­новится неработоспособным. Корректировка и исправление про­грамм пользователем невозможна. Требуется согласование с аппа­ратной частью, высокая помехоустойчивость.

4. Программы работают в реальном времени. То есть существует син­хронность между поступлением измерительной информации и про­ведением необходимых расчетов. Поэтому требования к быстро­действию таких программ обычно высоки.

5. Сложность ввода/вывода для управления программами. Только кноп­ки управления и цифровое табло - отсутствует возможность ко­мандной строки. Вывод - обычно на цифровом табло без текстовой информации. Для экранных устройств - ограниченные возможности вывода текстов.

7. Что та­кое ком­пь­ю­тер­ные из­ме­ри­тель­ные уст­рой­ст­ва (КИУ)? Приведите их дос­то­ин­ст­ва и не­дос­тат­ки. Срав­ни­те мик­ро­про­цес­сор­ные из­ме­ри­тель­ные при­бо­ры и ком­пь­ю­тер­ные из­ме­ри­тель­ные уст­рой­ст­ва, ука­жи­те об­лас­ти при­ме­не­ния ка­ж­до­го сред­ст­ва из­ме­ре­ния.

Главные недостатки микропроцессорных приборов - невысокое быстродействие, ограниченный объем памяти, малая разрядность (наиболее дешевые 8- разрядные МПС имеют разрешающую способ­ность 1/256 = 0.4%, что для современных приборов недопустимо).Ограничен­ный объем ПЗУ не позволяет хранить программы большого размера. Простые программы требуют много действий оператора, появляется вероятность ошибочных действий. Требуются специальные методы программирования. Кроме этого, нестандартные блоки приборов вызывают их удорожание и сложности в ремонте.

КИУ - использование универсальных ПК в составе измерительной установки.

Достоинства:

1. Универсальный компьютер простой и доступный инстру­мент, используемый повсеместно. Дешево.

2. Не требуется обучения оператора (при повальной компьютерной гра­мотности)

3. Компьютер имеет высокое быстродействие, разрядность и громадный объем памяти, причем постоянно обновляется

4. Большой объем наработанного стандартного программного обеспече­ния

5. Стандартные и высокопроизводительные методы программирования

6. Большая емкость постоянной памяти (винчестеры и др.)

7. Легкость смены, обновления программного обеспечения, возможен взаимообмен ПО и использование собственных разработок

8. Легкость включения КИУ в компьютерные сети и Интернет.

Недостатки:

1. сложность подключения изм. сигналов

2. ограниченное быстродействие

3. влияние помех от ПК (если плата находится внутри)

4. сложности при разработке программного обеспечения

Реализация КИУ:

«от измерительного прибора» - измеритель­ные блоки, конструктивно оформленные в виде отдельных блоков, связанные с компьютером простыми средствами передачи цифро­вой информации, а также специализированные компьютеры в про­мышленном исполнении, включающие измерительные устройства и блоки;

«от компьютера» - универсальный компьютер, использующий встраи­ваемые измерительные платы (наиболее распространенный вари­ант) или выносные платы и блоки, связанные с компьютером по его портам

8. Дай­те оп­ре­де­ле­ние из­ме­ри­тель­ной сис­те­мы. Чем она от­ли­ча­ет­ся от из­ме­ри­тель­но­го при­бо­ра и из­ме­ри­тель­но­го стен­да (ус­та­нов­ки)? Как клас­си­фи­ци­ру­ют из­ме­ри­тель­ные сис­те­мы? В чем от­ли­чие ос­нов­ных ви­дов из­ме­ри­тель­ных сис­тем?

ИС- функционально объединенная совокупность средств измерения, обработки, хранения и регистрации информации, отображения результатов, средств управления. Эти блоки могут находиться на расстоянии и обмениваться информацией. ИС исключает оператора.

Классификация: по структурным схемам функциональных систем

Радиальная: контроллер выполняет управление работой интерфейса

наиболее простая, легко собирается, высокое быстродействие

Недостатки: сложно добавлять модули, структура имеет ограниченное применение, дорогая (если много модулей), не всегда удается обеспечить дальность действия

Каскадная:

и нтерфейсные функции выполняет какой-либо модуль: необходима адресация!

редко применяется, пониженное быстродействие, затруднена логика системы, нет выраженного контроллера

Достоинства: легкость наращивания системы, экономична с точки зрения потребления энергии.

М агистральная

подобна компьютерным сетям, инфо по магистралям передается ко всем модулям одновременно, легкость монтирования, легко подключается к ПК, всем управляет контроллер, в качестве магистрали можно использовать компьютерные сети.

Недостатки: требуется адресация (дополнительная адресная шина)

По назначению системы:

- информационно-измерительные системы (предназначены для сбора измерительной информации от измерительных преобразователей, расположенных удаленно)

- информационно-вычислительные комплексы (ИС, в состав которых включены ПК, МП, которые выполняют функции контроллера в процессе передачи и обработки информации)

- компьютерно-измерительные системы- типа ИВК, но блоки объединены через интерфейс того или иного вида, собрана в одном месте.

9. Ка­ко­вы прин­ци­пы по­строе­ния из­ме­ри­тель­ных сис­тем? Ка­кие ви­ды со­вмес­ти­мо­сти не­об­хо­ди­мо реа­ли­зо­вать при их про­ек­ти­ро­ва­нии? Каковы ос­нов­ные струк­тур­ные схе­мы из­ме­ри­тель­ных сис­тем, их дос­то­ин­ст­ва и не­дос­тат­ки.

Принципы построения:

1. Индивидуальный способ.

2. Агрегатный (модульный) принцип построения.

ИС собирается из стандартных модулей, они имеют общий принцип построения и передачи информации (стандартный интерфейс)

Виды совместимости:

-функциональная

-информационная (единые формы и виды сигналов, которыми передается инфо)

-программная (единство алгоритмов обмена инфо)

-конструктивная (разъемы, согласование конструктивных размеров модулей)

-энергетическая (по типу питающих напряжений)

-эксплуатационная (по надежности, по уровню помех)

-метрологическая (единые методы оценки точности измерения, сопоставимость результатов разных модулей)

см.8

10. Ка­кие ти­пы ин­тер­фей­сов ис­поль­зу­ют в из­ме­ри­тель­ных сис­те­мах? По ка­ким кри­те­ри­ям про­из­во­дят их вы­бор? Ка­кие ком­по­нен­ты вхо­дят в со­став ин­тер­фей­са? Дайте краткую характеристику последовательным и параллельным интерфейсам.

Типы:

1. параллельные, последовательные, параллельно-последовательные

2. синхронные, асинхронные

3. симплексные, дуплексные, полудуплексные

Состав интерфейса:

Аппаратная часть – линии передачи данных, адресная шина, дополнительные линии передачи (шина синхронизации, квитирование), шинные формирователи, преобразователи.

Программная часть – алгоритмы передачи и приёма по интерфейсу, программные продукты, аппаратно реализованная логика работы.

Последовательный интерфейс – инфо передается не байтами, а битами по последовательному каналу связи. Возможна защита от помех. Экономично.

Параллельный интерфейс – информация передается по байтам по шинам передачи данных. Низкая помехозащищенность, неэкономично.

КРИТЕРИИ??? какой больше понравится….%

11. Что та­кое из­ме­ри­тель­ный ин­тер­фейс КОП? Ука­жи­те на­зна­че­ние ли­ний ин­тер­фей­са КОП. Ка­кие тре­бо­ва­ния предъ­яв­ля­ют­ся к их элек­три­че­ским па­ра­мет­рам? Для ка­кой це­ли ис­поль­зу­ют сиг­на­лы ши­ны син­хро­ни­за­ции КОП: DAV, NRFD, NDAC?

Разработан для соединения измерительных приборов, часто интерфейс называют КОП - канал общего пользования

Цели разработчиков интерфейса следующие:

1.Сравнительно высокая скорость передачи (номинально до Мбайт/с);

2. Параллельный обмен данными;

3. Магистральный интерфейс;

4. Приборно-модульный принцип агрегатирования;

5. Простота конструкции,

6. Не требуется передача данных на большие расстояния;

7. Лабораторные условия применения.

Магистраль разбита на три шины. Шина данных (Data Lines) имеет 8 линий (DI0...DI7) и предназна­чена для передачи байта информации. Шина управления (Bus Control Lines) содержит 5 линий (ATN, IFC,SRQ,R&N,EOI). Шина синхронизации (Handshake lines) содержит 3 линии (DAV, NRFD, NDAC). Сигналы на линиях имеют отрицательную TTL логику (нулю соответствует на­пряжение > 2.5 В, единице - <0.8 В). Передача информации идет по­байтно-последовательно по линиям DI0-DI7 в асинхронном режиме. Реализуется обмен информацией аппаратно-программными блоками, расположенными в приборах - интерфейсными картами (ИКАР).

Сигнал NRFD – not ready for data – неготовность приемника, выдается приемником при его неготовности

Сигнал NDAC – no data accepted – данные не приняты, устанавли­вается приемником при отсутствии приема данных.

Сигнал DAV – data available – сопровождение данных, выдается передатчиком при передаче данных.

Сигналы используются для квитирования и передачи инфо, т.к. система – асинхронная.

12. Ука­жи­те на­зна­че­ние сиг­на­лов ши­ны управ­ле­ния КОП: IFC, REN, SRQ, ATN. Кратко опи­ши­те про­цесс пе­ре­да­чи бай­та дан­ных по ин­тер­фей­су КОП.

Шина управления (Bus Control Lines) содержит 5 линий (ATN, IFC,SRQ,R&N,EOI).

Назначение линий шины управления интерфейса:

ATN – Attention, характер передаваемых данных: команда (ATN=1) или данные (ATN=0);

IFC - Interface Clear (очистка интерфейса) установка всех интерфейсных карт в исходное состояние;

REN - Remote Enable (дистанционное управление) разреше­ние управлять прибором через интерфейс (а не с передней панели).

SRQ - Service Request (запрос на обслуживание)

EOI - End of Identify (конец передачи - указывает послед­ний байт сложного сообщения Исходное положение при передаче данных - все приемники вы­ставляют нулевой сигнал NRFD (1). Все приемники готовы к работе.

После этого передатчик устанав­ливает байт на шине данных и подтверждает его достоверное™ сиг­налом DAV=1 (2). Некоторое время идет процесс приема данных, при­емник устанавливает при этом сигнал неготовности к новому приему (3). Конец приема квитируется установкой сигнала NDAC=0 (4). После получения этого сигнала от всех приемников передатчик сбрасывает сигнал достоверности данных DAV = 0 (5) и снимает байт данных. После этого приемник восстанавливает сигнал NDAC=1. Система при­ходит в исходное состояние и процесс повторяется.

13. Что та­кое "ко­ман­да ин­тер­фей­са КОП"? Как пе­ре­да­ют ко­ман­ды по ин­тер­фей­су? Ка­кие основные ко­ман­ды пре­ду­смот­ре­ны стан­дар­том? Что та­кое ин­тер­фейс­ная функ­ция? Какие интерфейсные функции наиболее часто применяют при программировании интерфейса?

Адресация производится путем передачи по шине данных ко­манды интерфейса - байта, передаваемого при установленном сигна­ле ATN =1. Линией ATN управляет только контроллер.

MLA (My Listner Adress) Команда адресации №-го приемника имеет шестнадцатеричный код 20h+№ прибора (32+№).

МТА (My Talker Adress) Команда адресации №-го передатчика имеет шестнадцатеричный код 40h+№ прибора (64+№).

Таким образом, код команды содержит и номер адресуемого прибора.

Другие наиболее важные команды интерфейса, которые управ­ляют работой приборов:

UNL, UNT- разадресация приемников и передатчиков;

GET - Запуск предварительно адресованного на прием прибора;

SDS -Сброс адресованного прибора;

GTL - переход прибора на местное управление.

Общие для всех приборов команды:

DCL - Сброс всех приборов;

LLO - Запирание местного управления

SPE, SPD - Команды режима последовательного опроса;

PPE, PPD - Команды режима параллельного опроса

Аппаратными командами интерфейса являются сигналы, пере­даваемые по линиям REN - сброс и установка дистанционного (то есть через интерфейс) управления приборами, IFC - очистка интерфейса, то есть перевод его в исходное состояние.

Интер­фейсные функции - алгоритмы передачи информации по интерфейсу. Приборные функции - программы работы каждого конкретного прибо­ра по приему, передаче информации и выполнению команд, поступивших по интерфейсу (например, масштабирование данных), запуск прибора на измерение и пр.).

Интерфейсные функции стандартизованы. Наиболее важны 10 функций:

SH (Source Handshake) согласования источника - это передача данных и команд от источника;

АН (Acceptor Handshake) - согласование приемника (прием дан­ных и команд из интерфейса);

Т, ТЕ (Talker) - адресация и передача данных;

L, LE (Listner) - адресация и прием данных;

SR (Service Request) - запрос на обслуживание; предполагает асинхронный режим выдачи и обработки запроса от одного прибора контроллеру;

RL (Remote/Local) - блокирование ручного управления прибо­ром;

РР (Parallel Poll) - ускоренный параллельный способ опроса мо­дулей контроллером;

DC (Device Clear) -сброс прибора в исходное состояние;

DT (Device Triggered) - запуск модуля)- реализация измеритель­ной функции;

С (Controller) - функция контроллера - инициализация и управ­ление магистралью.