Computergesteuerten Meßsystems

1. Allgemeines

Sie werden überall dort eingesetzt, wo es um eine Steigerung der Qualität oder der Quantität der Messungen geht. Vorteile siehe Tafelbild.

Der Grundafbau eines Computergesteuerten Meßsystems besteht aus einer Kontrolleinheit, eben dem Computer, der Rechnerperipherie, die zur Ausgabe und Speicherung der Ergebnisse nötig ist, sowie den eigentlichen Meßgeräten, die über eine Verbindung zur Kontrolleinheit verfügen müssen, das Systeminterface.

Sie können mit verschiedenen Topologien aufgebaut werden; am häufigsten ist hier die Busstruktur (IEC-Bus); für portable Systeme Schleife (HP-IL).

2. IEC-Bus

Er ist die am häufigsten verwendete Verbindung bei Computergesteuerten Meßsystemen. Er ist in zwei verschiedenen Normen verankert, die sich jeweils im Stecker unterscheiden. Die IEEE 488 ist die ältere, amerikanische Norm, die direkt nach dem Vorbild des 1965 entwickelten HP-IB definiert wurde. Die IEC-Norm ist neuer, funktionsmäßig gleich, hat aber eine andere Steckerbelegung, die geringe Vorteile in der Signalübertragung bietet.

Die Übertragung auf dem IEC-Bus erfolgt mit TTL-Pegeln in einer Negativ-True-Logik; die Ansteuerung erfolgt mit Open Collektor oder Tri-State Leistungstreibern, womit sich eine maximale Geräteanzahl von 15 Geräten ergibt.

Die maximale Übertragungsgeschwindigkeit auf dem IEC-Bus beträgt mit einem Abstand von 2m zwischen den Geräten und Open-Collektor-Treibern 250kB/s; mit 0,5m Leitungslänge zwischen den Geräten und Tri-State-Leistungstreibern bis 1MB/s. Die Übertragungsgeschwindigkeit wird aber wesentlich durch die am Bus angeschlossenen Geräte beeinflußt.

Die Übertragung erfolgt hier bit-parallel;byte-seriell.

Bild Bit-parallel; byte seriell

Der Aufbau ist hier, wie der Name bereits sagt ein Bussystem. Es werden drei verschiedene Schnittstellenfunktionen unterschieden:

Controller: Er kann den Bus steuern;

Sprecher: Er kann Informationen auf den Bus legen

Hörer:      Er 'hört' Informationen auf dem Bus.

Die Übertragung wird durch den Controller gesteuert; er bestimmt den Sprecher, und die Hörer die an der Übertragung teilnehmen.

Das Bussystem selbst besteht aus verschiedenen Leitungsgruppen:

D-Datenbus:     über ihn laufen die Daten

K-Kontrollbus: hier wird das Bussystem gesteuert; Es wird ange zeigt, ob eine Gerätenachricht (z.B. Meßwerte) oder eine Schnittstellennachricht (z.B. Bestimmung der Hörer und Sprecher) gesendet wird, außerdem das Rücksetzen des Schnittstellensystems und die Fernsteuerfreigabe gesteuert.

H-Handshakebus: Hier wird die Datenübergabe gesteuert (vergleiche Tafelbild) Mittels der Leitung DAV (Data Valid) wird vom Sprecher angezeigt, daa die Daten am Bus gültig sind, NRFD (Not Ready for Data) zeigt an, daa einer oder mehrere der Hörer nicht bereit zum Empfang eines Datenbytes sind; NDAC (No Data Accepted) zeigt an, daa die anstehende Information noch nicht übernommen worden ist.

Handshakevorgang:

Hier wirkt sich die Open-Collektor-Struktur des Bussystems aus.

Nachdem der Sprecher das Datenbyte auf den Bus gelegt wird, mua der Sprecher warten, bis alle angeschlossenen Hörer NRFD desaktivieren. der Aufbau des Systems sorgt hier dafür, daa das langsamste an der Übermittlung beteiligte Gerät den Beginn einer Übertragung bestimmt, weil es reicht, wenn ein Gerät die Leitung auf Low hält. Wenn der Sprecher das Byte mit DAV für gültig erklärt, wird zunächst NRFD aktiviert, da alle Geräte mit der Verarbeitung dieser Information beshäftigt sind. Anschließend werden (rot eingezeichnet) einzelne Geräte mit der Übertragung fertig, aber die Busleitung bleibt trotzdem noch aktiv, bis auch das langsamste Gerät fertig ist. Wenn das der Fall ist, desaktiviert der Sprecher DAV, und legt das nächste Datenbyte auf den Bus, wobei er mit dem gültigmachen wieder wartet, bis alle Geräte mit der Verarbeitung der vorherigen Information fertig sind. Danach --> Anfang Handshake.

3. HP-IL

Dieses ist ein portables System, bei dem deshalb besonders auf geringen Leistungsbedarf geachtet werden muß, wobei die Übertragungsleistung nicht so bedeutend ist. Außerdem mua versucht werden, die mechanischen Abmessungen der Stecker klein zu halten, da auf portablen Geräten üblicherweise nicht sehr viel Platz ist.

Aus diesem Grund fiel die Wahl auf ein Schleifensystem, bei dem jeder Ausgang nur einen Eingang treiben muß. Damit entfälltaußerdem die Beschränkung der Gesamtleitungslänge; außerdem ist hier eine Leitungslänge von 10m zwischen zwei Geräten möglich; mit Spezialkabeln bis 100m. Die Realisation erfolgte mit CMOS-Bausteinen, womit das Leistungsproblem bewältigt wurde. Die Übertragung erfolgte mittels einem 2-Leitersystem, das mit Pulstransformatoren angesteurt wird, wodurch sich eine Erdfreiheit ergibt, was ein Floaten der Geräte gegeneinander ermöglicht.

Die HP-IL ist im Prinzip ein serieller IEC-Bus, womit sich die Notwendigkeit ergab, die Kontrolleitungen in die Übertragung miteinzubeziehen. Dies geschah dadurch, daa jedes Byte in einem 11-Bit-Rahmen gesendet wird, bei dem die ersten 3 Bit die entsprechenden Informationen beinhalten. Der Handshake wurde hier gänzlich anders gelöst; Er funktioniert so, daa jedes Gerät die Information solange zurückhält, bis es sie verarbeitet hat, und der Sender die nächste Information erst dann wieder auf den Bus legt, wenn die abgesendete Informatioon wieder beim Sender angekommen ist.

Bei dieser Übertragung ist eine direkte Übertragung der Bits nicht möglich; d.h. sie müssen codiert werden. Die Codierung erfolgt mit einem 3-Pegel-Code, der den Vorteil hat gleichstromfrei zu sein, womit die Übertragung über die Pulstransformatoren relativ einfach ist.

Codierung der Bits

Eine '1' besteht aus einer positiven Flanke gefolgt von einer negativen; und wieder einer positiven. Eine '0' ist genau umgekehrt. Die Sysnchronisation der Loop erfolgt ebenfalls über die Bits; hier werden am Anfang jedes Datenblocks die Bits '1S' bzw. '0S' gesendet, die mit doppelten Pulsen codiert sind.

Schaltungen:

Die verwendete Leitung bedarf eines Ausgangswiderstandes von 100 +5/-10%.

Hier bestand das Problem, daa CMOS-Schaltungen erstens höhere Ausganswiderstände; und zweitens diese mit einer größeren Toleranz aufweisen. Die Lösung hier war ebenfalls in den Pulstransformatoren gefunden. Die Verwendung von Transformatoren ermöglichte die Mittransformation von Widerständen; mit einem 3:1-Transformator ist damit ein Widerstand von 900 erlaubt. Mit einem Ausgangswiderstand der CMOS-Schaltung von 116% mit 30% Toleranz und dahinter geschalteten 1% Widerständen mit einer ausreichend niedrigen Toleranz, ergibt sich insgesamt ein Ausgangswiderstand, der innerhalb der Toleranz liegt. Die Ansteuerung erfolgt hier relativ einfach mit CMOS-Pegeln, wobei einmal auf der einen und dann auf der anderen Seite des Transformators der Puls angelegt wird, wodurch entgegengesetzte Pulse am Ausgang entstehen.

Bild Kurvenformen Sender

Die Empfängerschaltung stellt für die Leitung einen so hohen Widerstand dar, daa dadruch kaum eine Signalabschwächung entsteht. die Verwendung von zwie Pulstransformatoren ersetzt einen geschirmten; die Z-Dioden dienen gegen elektrostatische Ladungen.

Bild Kurvenformen Empfänger