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1、测控系统通信与网络,主讲：武汉大学电子信息学院 王泉德,第9章 仪器专用总线,CAMAC是Computer Aided Measurement And Control的缩写，即计算机辅助测量和控制，也可以认为是Computer Application to Measurement And Control的缩写，即计算机在测量和控制中的应用，IEEE则称之为组装式仪器接口系统标准。CAMAC系统是一种具有数据总线特性的组件化的标准仪器系统，用于交换在线连接的各种设备之间的数据和控制信息。 VXI总线是VMEbus eXtension for Instrumentation的缩写，意为VME总线在
2、仪器领域的扩展。它是继GPIB之后，为适应测量仪器从分立的台式和机架式结构发展为更紧凑的模块式结构的需要，于1987年推出的一种新的总线标准。 PXI是PCI eXtension for Instrumentation的缩写，是NI公司于1997年8月公布的一个对PCI和Compact PCI作扩充，以满足高性能电子测量仪器需要的新一代模块化计算机控制仪器的技术规范。PXI标准正随着迅速发展的计算机技术和电子技术而不断扩充和完善。,一引言,CAMAC系统标准主要由四部分组成： 基本机箱 并行分支多机箱系统 串行传输多机箱系统 多控制器系统,二CAMAC系统标准,CAMAC系统由机箱和组件组成。
3、 不同的功能组件插入机箱可以构成不同的仪器系统。 小规模的系统可由单个机箱插入不超过23个插件和一个机箱控制器组成，可以连接很多外部仪器和一台以上的计算机。 大型的实验室系统与集散控制系统，需要由多个机箱通过分支总线或串行总线连成大型系统。 无论系统大小，机箱和组件是CAMAC系统的基本部件，而数据路是CAMAC的核心。,1基本机箱标准,宽度为430mm，高度为221.5mm，机箱后板装有25个86芯插座，插座装在深305mm处。 机箱后部可以延伸，供机箱自备电源使用。 机箱和电源部分总深度不超过525mm。 机箱上下板内侧装有滑入导轨，下部有风冷设施。 插座的位置也称为站。 一个机箱有25个
4、站。 最左边的站为第1站，最右边的站为第25站。 CAMAC规定第25站固定为机箱控制器，称为控制站，而124站称为普通站。,（1）机箱,第24站也可给控制器使用，但仍称为普通站，原因是背面插针连线与其它23个站相同。机箱背面是连接插针的连线，这些连线就是数据路 数据路有两类连接方式。第一类是母线连接方式，就是将各插座的同号插针并接起来。母线连接又分两种，种仅并联124站的同号插针，另一种并联125站的同号插针。第二类属专线连接，它是将第25站的某些插针分别与124站的两个插针相连。其中一个插针连线叫站号线(N线)，另一个插针连线叫请求线(L线)。专线共48根。,组件是CAMAC系统的基本部件
5、。前面板高度为221.5mm，印刷电路板长度为305mm，单宽组件宽度为17.2mm。,（2）组件,单宽组件是一种插件，可以是一个仪表，也可以是外设的接口部件，双宽组件可装两块。组件的宽度还可增加，但必须为单宽的整倍数。 组件至少有两部分功能，一部分功能完成组件应有的任务，如接收和存贮数据，数字化操作及控制外部装置等。另一部分功能则是接受CAMAC指挥，接受计算机各项指令，以便与计算机会话。,数据路由86条信号线组成。按其作用分为命令、定时、数据、状态、公共控制、非标准、电源等七种线 。,2数据路及其操作,（1）命令(NAF) CAMAC机箱操作的命令由1根站号线、4根子地址线和5根功能线上的
6、信号所组成。信号在数据路操作的整个持续期间均保持不变，并产生占线信号，以封锁其它信号对数据路的操作。 1）站号线N 每个普通站都有一个单独的站号线Ni，利用这根线可使被寻址的普通站处于工作状态。被寻址的站可以仅是一个，也可以是多个。,2）子地址线A8，A4，A2，A1 一个组件内可以有多个子地址，由四根子地址线A8，A4，A2，A1编码信号来寻址。这些信号经组件内的译码器译码后，可选定至多16个子地址。子地址编号为A(0)A(15)。 CAMAC单机箱中，除控制器外可插23个组件，每个组件又可设置16个子地址。因此一个单机箱的测试点或控制点总数可达1623369个。,3）功能线F16，F8，F
7、4，F2，F1 选定的一个或多个组件中的子地址应完成的功能，将由5根功能线（F16，F8，F4，F2，F1）上的信号来确定。这些信号在组件中经译码可形成32种功能，功能编号为F(0)F(31)，主要是读操作、写操作和数据传递等，见书上P183.表9-2。组件中的寄存器分成两组。第1组为数据寄存器，第2组为状态寄存器。,功能码具体功能如下： F(0)：将第1组的一个寄存器的内容传递到控制器，而寄存器内容不变，该寄存器由子地址选定。 F(1)：将第2组的一个寄存器的内容传递到控制器，而寄存器内容不变。该寄存器由子地址选定。 F(2)：将第1组的一个寄存器的内容传递到控制器，寄存器的内容在选通S2时
8、被清除。该寄存器由子地址选定。 F(3)：将第1组的一个寄存器内容的补码传递到控制器，寄存器内容不变。该寄存器由子地址选定。 F(4)F(7)： F(4)和F(6)为非标准功能码，F(5)和F(7)为备用功能码。对于非标准功能码，用户可以根据需要，自行确定它的功能。备用功能码为待定码，留作标准功能的扩展。,F(8)：将响应线Q上的一个信号传递给控制器，Q信号表示L信号的状态或组件的LAM（Look At Me）请求。如果组件没有请求，或者有请求而被禁止，那么Q=0。被测试的L信号或一个特定的LAM请求由子地址选定。 F(9)：清除组件中第1组的一个寄存器的内容。该寄存器由子地址选定。 F(10
9、)：使组件中的一个LAM状态复位。Q信号可以表明组件中任何选定特征的状态。 F(11)：清除第2组的一个寄存器的内容。该寄存器由子地址选定。 F(12)F(15)： F(12)和F(1 4)是非标准功能码，F(13)和F(15)是备用功能码。,F(16)：强迫第1组的一个寄存器的每一位与控制器所发送的相应数据位成为同样的状态。寄存器由子地址选定。本命令的作用是将数据位Wi写入第1组寄存器的对应位Mi中，用符号表示为MiWi。 F(17)：强迫第2组的一个寄存器的每一位与控制器所发送的相应数据位成为同样的状态，即MiWi。寄存器由子地址选定。 F(18)：将第1组的一个寄存器的选定位进行置位，选
10、定位由控制器发送的一个数据字中为1的位确定，相应位被置为1。未选定位的内容不变。寄存器由子地址选定。,F(19)：将第2组的一个寄存器的选定位进行置位，选定位由控制器发送的一个数据字中为1的位所确定，相应位被置为1。未选定的内容不改变。 F(20)和F(22)：非标准功能码，用户可用来作为全写或选置组件中的寄存器。 F(21)：清除第1组的一个寄存器的选定位的内容。选定位由控制器发送的一个数据字中为1的位所确定, 相应位被清除为0。未选定位的内容不变。寄存器由子地址选定。 F(23)：清除第2组的一个寄存器的选定位的内容。选定位由控制器发送的一个数据字中为1的位所确定，相应位被清除为0。未选定
11、位的内容不变。寄存器由子地址选定。,F(24)：禁止组件中的一个特征进入数据路，或屏蔽一个信号。本功能的作用是从选通S1或S2开始。被禁的特征，例如一个LAM请求或数据输入，由子地址选定。 F(25)：当许动或禁动不适当时，这个命令用来起动或终止一个动作。起动或终止在选通S1或S2时刻发生。执行码不得用来对一个需要F(24)操作的组件的特征进行置位，也不得用来对一个需要F(26)置位的组件特征进行复位。被执行的动作，或它所加给组件的特征由子地址选定。 F(26)：触发或允许组件中的一个特征动作产生，或者中断一个屏蔽信号。其作用是从选通或开始生效。被许动的特征，例如个LAM请求或数据输入，由子地
12、址选定。,F(27)：在Q线上产生与组件的一个特征相应的响应。由子地址选定的这个特征可以是一个LAM状态，但不能是一个LAM请求或L信号。该特征不能被状态测试命令复位。 F(28)F(31)： F(28)和F(30)是非标准功能码，F(29)和F(31)是备用码。 以上32种功能中，有18种具有明确的专用意义，其余14种是非标准功能码和备用码，给CAMAC的发展留有余地。,4）命令的传递和译码 图表示机箱控制器将一个命令N(i)A(j)F(k)传递到组件的例子。该命令由系统控制器(一般是计算机)发出，存放在机箱控制器的寄存器中。,为了保证数据路上的信息准确而有效地传递，控制器在分开的两条母线上
13、依次发出两个选通脉冲和。组件响应这两个信号，按照数据路上的命令信号起动不同的动作。用于数据的选通输入，用于改变组件或机箱控制器内部的状态。,（2）定时信号( S1，S2 ),在数据路中，所有由读出线R和写入线W传递的信息统称为数据，它可以是测量数据，也可以是状态信息和控制信息。,（3）数据及其传递,写线(W1W24)的作用是将控制器所产生的数据信号传输到组件的寄存器内。在每次写入操作时，控制器在W母线上产生数据信号，该信号在Sl前到达稳定状态，并保持到操作结束。 读线(R1R24)的作用是将组件所产生的数据传输给控制器。在每次读操作期间，组件在读出母线R上建立起数据，在选通脉冲之前到达稳定状态
14、，并且在整个数据路操作持续期保持不变，除非改变了数据源的状态。控制器在时启动对R线上数据的接收动作。,CAMAC数据路为每个组件各设了一条L专线，用于组件向控制器提出中断，请控制器给予处理。例如组建ADC转换结束(数据已准备好)、打印机打印完毕、计数器溢出等，都要发出这种请求-LAM信号。系统控制器必须根据预编程序对各个请求做出适当的响应。 当组件有请求，就将L线置1，控制器识别后作出相应操作。一个组件可以有多个请求源，这些请求源共享一根L线，每一时刻L线上的信号只能表示一个请求源的状态。为了使各请求源互不干扰而又能得到及时处理，组件应该设置有关LAM的各类寄存器，并为控制器检查LAM状态和发
15、布命令提供方便。,（4）状态信号(L，B，Q，X),第2组寄存器有：LAM状态寄存器，A(12)；LAM屏蔽寄存器，A(13)；LAM请求寄存器，A(14)。存取LAM信息的操作可以分成二类。一类是对上述第2组寄存器寻址操作，包括读F(1)、写F(17)、清F(11)、选置F(19)和选清F(23)。另一类寻址操作，包括清LAM(10)、许动F(26)、禁动F(24)、测试状态F(27)和测试LAMF(8)。 LAM(i)请求等于1的条件取决于LAM状态寄存器、LAM屏蔽寄存器和总LAM屏蔽寄存器的状态是否都为1态。LAM屏蔽寄存器仅对第i个请求起屏蔽作用，而总屏蔽寄存器对组件所有请求起屏蔽作
16、用。这三个寄存器在系统启动时(即z1)，必须进入规定的初始状态，即0态，以禁止所有请求。,在CAMAC系统中，数据路操作基本上按照程序输入输出方式进行，每发一条命令就完成一次信息交换。这种方式能够适应一般系统的要求 地址扫描型(Address Scan)：地址扫描型是从组件中一批位置相邻的寄存器读写数据。读写的子地址总是从A(0)开始，然后按顺序逐次扫描。寄存器的子地址应该是连续的。在地址扫描中，若子地址存在(有寄存器)，Q响应为1，则可读写一个字的数据，然后子地址加1。若Q为0，表示无寄存器，则数据的传递应转到下一站，从子地址A(0)继续进行。终止扫描由预定的最后一个子地址或字数来确定。地址扫描流程图如图9-7所示。地址扫描是多地址传递，传递的同步与终止信号都来自控制器。,重复型(Repeat)：重复型是单地址传递成组数据，即把一批数据送到某个寄存器，或从某寄存器取出一批数据。Q=1时，表明数据已准备好，数据传递有效；Q0时
