1.4. Устройства и системы ввода/вывода фирмы National Instruments

При разработке и создании автоматизированных измерительных и управляющих систем неизбежно возникает проблема выбора оборудования. Инженеру нужно ясно представлять весь многообразный спектр оборудования, особенности его эффективного применения при решении конкретной задачи.

Рис. 1.24. Типовая функциональная схема компьютерной измерительной системы, включающей датчики, блоки согласования сигналов и плату сбора данных

Одним из разработчиков такого оборудования является фирма National Instruments (NI), у которой имеется большой выбор систем и устройств ввода/вывода. В связи с широким применением персональных компьютеров типа IBM PC и его многочисленных клонов большинство устройств ввода/вывода изготавливают в виде плат расширения, которые имеют стандартные размеры и устанавливаются в разъемы (слоты) системной (материнской) платы. На рис. 1.24 показана типовая измерительная система, включающая датчики, устройство согласования сигналов и плату ввода/вывода.

Сопряжение большинства устройств ввода/ вывода организовано по магистрально-модульному принципу. Для сопряжения устройств ввода/вывода используются шины PCI, PXI, Compact PCI, PCMCIA USB, Fire Wire (IEEE 1394). Для удаленных устройств сбора данных используется подключение к компьютеру через сеть Ethernet.

Скорость ввода и вывода информации во многом определяется пропускной способностью шины. Шина PCI, которая лежит в основе открытого промышленного стандарта PXI, имеет пропускную способность 132 Мб/с. По сравнению с ней традиционный интерфейс IEEE 488 (GPIB), или «приборная шина» по ГОСТ, используемая для организации систем измерения, имеет почти 100-кратную меньшую производительность.

Для максимально скоростного ввода и вывода больших объемов информации используется режим прямого доступа к памяти (ПДП, английский эквивалент — DMA). Данные в режиме ПДП записываются напрямую в память, минуя процессор. Поэтому в режиме ПДП вычислительные и управляющие функции процессора не прерываются. Режим ПДП реализуется аппаратно с помощью специального контроллера, что освобождает процессор машины от функций управления передачей данных.

1.4.1. Системы согласования сигналов scxi и scc

National Instruments предлагает модульную систему согласования сигналов SCXI и портативную систему согласования SCC для малоканальных измерительных систем. Основное назначение этих систем — согласование и унификация измерительных сигналов с различных датчиков и источников сигналов. Программное обеспечение всех этих устройств поддерживается LabVIEW, SignalExpress, TestStand, Measurement Studio, LabWindows/CVI.

Система SCXI позволяет выполнять следующие функции: согласование и унификацию сигналов с различных датчиков (термопар, термометров сопротивления, термисторов, тензодатчиков, акселерометров и т. д.); коммутацию сигналов; программируемое усиление сигналов; гальваническую развязку; фильтрацию; электропитание датчиков; выборку и хранение сигналов.

Конструктивно выполнена в виде шасси с 4 и 12 слотами с принудительной вентиляцией для экранированного размещения модулей. Подключение сигналов осуществляется с помощью винтовых соединителей, съемных коннекторов, BNC-разъемов или термопарных вилок. В каталоге фирмы насчитывается широкий выбор — свыше 30 различных модулей SCXI, позволяющих сконфигурировать систему ввода под конкретную измерительную задачу.

Система SCC по функциям аналогична системе SCXI. По назначению система SCC ориентирована на портативные и мобильные измерительные устройства, имеющие небольшое количество аналоговых и цифровых каналов.

Конструкция SCC представляет компактный низкопрофильный экранированный корпус, вмещающий до 20 модулей. Имеются модули гальванической развязки линий аналогового и цифрового ввода-вывода. Цифровые линии ввода-вывода имеют оптическую развязку.