Особенности структурных блоков ИИС

Обобщенная структура ИИС

В настоящее время ИИС строят по схеме с общей шиной, структура схемы при этом в общем виде выглядит следующем образом:

 

1. Группа первичных преобразователей.

2. Аналоговые преобразователи, в качестве которых могут выступать: коммутаторы, аналоговые вычислительного устройства, аналоговые запоминающие устройства.

3. АЦП.

4. Устройство цифровой обработки информации, включающих, например, мультиплексоры, преобразователи кода, запоминающие устройства и так далее.

5. Устройство вывода цифровой информации.

6. ЦАП.

7. Системная шина.

8. Устройство управления: МП либо логическая схема с жесткой логикой.

9. Исполнительные устройства.

ИФУ – интерфейсные устройства.

Под интерфейсом понимают совокупность схематических средств, обеспечивающих непосредственное взаимодействие составных элементов системы, и объединяют их в единое целое.

Интерфейсная система характеризуется унифицированным набором связей, обеспечивающих информационную электрическую и конструктивную совместимость устройств.

  Интерфейсы ИИС классифицируются по следующим признакам:

1. По структуре:

- магистральный (общая шина);

- радиальный (звезда);

- цепочечный (последовательность соединений);

- смешанная структура.

2. По способу передачи информации:

- параллельный;

- последовательный;

- параллельно-последовательный.

3. По принципу обмена информацией:

- синхронный обмен;

- асинхронный обмен.

В синхронном режиме передача может производиться в любой момент времени, а в асинхронном только после предварительного опроса на готовность устройства и соответствующей блокировки шины для остальных устройств.

4. По режиму передачи информации:

- односторонняя передача;

- двухсторонняя одновременная передача (дуплексная);

- двухсторонняя поочередная передача (симплексная – двунаправленная шина в синхронном режиме; полудуплексная – двунаправленная шина в асинхронном режиме).

Особенности структурных блоков ИИС

 

1. Унифицирующие преобразователи:

ИИС могут анализировать самые разнообразные первичные сигналы, но для сокращения номенклатуры блоков преобразователей ИИС выходные сигналы всех аналоговых датчиков должны быть унифицированы.

По виду выходные сигналы датчиков делятся на 4 основные группы:

1. Постоянный ток. Токовый сигнал должен соответствовать одному из следующих диапазонов: Rн = 0…2.5 кОм – 0…5 мА, -5 мА…+5 мА; 0…1 кОм – 0… 20 мА; +4…+20 мА; 0…250 Ом – -100…+100 мА.

2. Постоянное напряжение. Диапазон должен соответствовать значению: 0…10 мВ, -10…+10 мВ, 0…20 мВ; 0… 50 мВ; 0…100 мВ; -100… +200 мВ; 0…1 В; -1…+1 В; 0…5 В; -5…+5 В; +1…+5 В; 0…10 В; -10…+10 В.

3. Амплитуда переменного напряжения, частота несущего напряжения 50 или 400 Гц., амплитуда сигнала: -1…+1 В; 0…2 В.

4. Частотно-модулирующий сигнал: амплитуда несущей должна составлять 60…160 мВ; 160…600 мВ; 600 мВ…2.4 В; 2.4 В –12 В – допуски. Несущая f = 50 или 400 Гц. Девиация частоты – полезные сигналы должны соответствовать диапазону: 2…4 Гц; 4…8 Гц.

Пьезоэлектрические датчики, также датчики расхода, генераторного типа и так далее обычно выдают амплитудный модулирующий выходной сигнал. Этот сигнал, как правило, не соответствует стандартному ряду, поэтому в качестве унифицирующего преобразователя для таких датчиков используется демодулятор и демодулятор с нормирующим усилителем, т.е. сигнал приводят к виду постоянного тока и напряжения.

Требования к линейности характеристики преобразования датчики ГОСТ не устанавливают.

 

2. Коммутаторы:

- используются для временного разделения нескольких информационных сигналов от нескольких датчиков в одном физическом канале, для подключения нескольких датчиков к одной шине.

Коммутаторы считаются СИ и имеют нормированные метрологические характеристики. Нормированные метрологические характеристики следующие:

1. Погрешность коэффициента передачи – отношение разности входа и выхода напряжений, коммутирующих к входному напряжению. Коммутация с погрешностью больше 1 % – низкая точность, 0.05…1% – средняя точность, меньше 0.05% – высокая точность.

2. Быстродействие коммутатора, нормированное временем переключения: меньше 1 мкс – быстродействие; 1…100 мкс – средние быстродействие; больше 100 мкс – низкое быстродействие.

3. Число коммутируемых каналов:

До 10 – малоканальный; 10…100 – среднеканальный; больше 100 – многоканальный.

Физические коммутаторы могут быть реализованы в виде контактных или бесконтактных устройств.

Контактные коммутаторы представляют собой электромагнитное реле или шаговые искатели.

 Преимущество контактных преобразователей – низкое сопротивление в открытом состоянии (десятой доли Ом) и практически бесконечное в закрытом.

Недостатки – низкое быстродействие (10…30 мс); низкая точность коэффициента передачи при работе со слабыми сигналами (для контактных коммутаторов характерно наличие термо-ЭДС).

Бесконтактный коммутатор – ключи на биполярном транзисторе и полевом транзисторе, часто в виде интегральных микросхем и оптопары.

Достоинства – высокое быстродействие, отсутствие паразитной термо-ЭДС.

Недостатки – высокое сопротивление открытого канала (100, 300 Ом), закрытого канала (МОм). Причем коммутаторы на биполярных транзисторах часто имеют систематическую погрешность из-за остаточного Uкэ в открытом состоянии.