Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА I. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ 13
1.1. Системы автоматизации на основе стандартной электронной аппаратуры и ЗВМ 13
1.2. Основные характеристики микропроцессоров, применяемых в системах автоматизации физических исследований • 15
1.3. Применения микропроцессоров для автоматизации экспериментов в ядерной физике
1.3.1. Маше интеллектуальные системы 19
1.3.2. Системы с распределенными вычислительными ресурсами 20
1.3.3. Системы для отбора событий 21
1.3.4. Эмуляторы высокопроизводительных ЭВМ 22
ГЛАВА П. ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ КОНТРОЛЛЕР КРЕЙТА НА ОСНОВЕ МИКРО-ЭВМ КМ 001 31
2.1. Микро-ЭВМ КМ 001 31
2.2. Интерфейс магистрали КК 006 39
2.3. Блоки расширения памяти 44
2.4. Конфигурация интеллектуального контроллера на основе микро-ЭВМ КМ 001 49
2.5. Примеры программирования команд КАМАК и время их исполнения 51
2.6. Программа-монитор микро-ЭВМ КМ 001 54
2.6.1. функции, структура и размещение монитора 55
2.6.2. Диалог оператор-микро-ЗВМ - З Стр.
2.6.3. Директивы, выполняемые монитором 57
2.6.4. Программы обработки прерываний 63
2.6.5. Подпрограммы монитора 67
2.7. Обслуживающие и тестовые программы 71
ГЛАВА Ш. ИНТЕРФЕЙСЫ УСТРОЙСТВ ВВОДА-ВЫВОДА 73
3.1. Интерфейсы перфоленточного оборудования 74
3.1.1. Интерфейс перфораторам 012 74
3.1.2. Интерфейс фотосчитывателя КИ 013 76
3.2. Интерфейсы алфавитно-пифровых дисплеев 76
3.2.1. Интерфейс алфавитно-цифрового дисплея 78
3.2.2. Последовательный интерфейс КИ 025 81
3.3. Интерфейс АЦПУ КИ 023 84
3.4. Интерфейс графопостроителя КИ 027 86
3.5. Интерфейс накопителя на магнитной ленте 89
3.6. Программаторы ШІЗУ 102
3.6.1. Программатор СППЗУ КП 001 105
3.6.2. Программатор биполярных ППЗУ КП 005 107
3.6.3. Программатор ППЗУ 74188 КП 004 ПО
ГЛАВА ІУ ИНТЕРФЕЙСЫ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ГРАФИЧЕСКИК ДИСПЛЕЕВ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫХ ТРУБОК III
4.1. Структура дисплеев осциллографического типа 114
4.1.1. Осциллографіческие индикаторные устройства 114
4.1.2. Интерфейсы осциллографических индикаторов 114
4.3. Структура дисплеев телевизионного типа 122
4.3.1. Сравнительные характеристики интерфейсов в стандарте КАМАК для подключения ТВ индикаторов 127
4.4. Интерфейс черно-белого телевизора КИ 033 132
4.4.1. Основные характеристики интерфейса КИ 033 132
4.4.2. Описание работы интерфейса 133
4.4.3. Цветные и полутоновые дисплеи на основе интерфейсов КИ 033 138
4.5. Интерфейс цветного телевизионного монитора КИ 029 141
4.5.1. Основные характеристики 141
4.5.2. Описание работы интерфейса 143
4.6. Координатного шара КИ 030 150
ГЛАВА У. ПЕИМЕШ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МИКРОПРСЩЕССОИШХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ КОНТРОЛЛЕРА С МИКРО-ЭВМ КМ 001 В ФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ 153
5.1. Система тестирования и наладки электронной аппаратуры в стандарте КАМАК 153
5.2. Система накопления спектров на магнитной ленте и их предварительной обработки 156
5.2.1. Конфигурация системы 156
5.2.2. Размещение данных на магнитной ленте 157
5.2.3. Программное обеспечение системы 157
5.3. Система управления спектрометра для трехмерных амплитудно-временных измерений 169
5.3.1. Структура и работа спектрометра 169
5.3.2. Программное обеспечение системы 171
5.4. Система управления электростатического бета-спектрометра 176
5.4.1. Структура и работа спектрометра 176
5.4.2. Управление замедляющим напряжением 177
5.4.3. Программное обеспечение системы 178
5.5. Автоматизированная система дозиметрического контроля для фазотрона Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ 182
5.5.1. Задачи и структура системы 182
5.5.2. Информационно-измерительные каналы 182
5.5.3. Работа системы 185
5.5.4. Программное обеспечение системы 1
5.6. другие системы на основе контроллера с микро-ЭШКМ 001 189
5.7. Расчет надежности систем на основе контроллера с микро-ЭЕМ КМ 001 190
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 195
ЛИТЕРАТУРА 1
Введение к работе
Целью настоящей работы является создание и внедрение автономных интеллектуальных систем автоматизации современных физических экспериментов на ускорителях заряженных частиц и обработки получаемой информации. Основу этих систем составляют разработанные контроллер крейта со встроенной микро-ЭШ, интерфейсы устройств ввода-вывода и соответствующее программное обеспечение. Работа выполнялась в Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ с 1977 по 1983 годы.
Актуальность работы определяется возрастающим значением автоматизации ядерно-физических исследований, проводимых на ускорителях. Поэтому все большее значение приобретает применение микропроцессоров и микро-ЭВМ для сбора, накопления и обработки данных, а также управления экспериментальными установками. Автономные интеллектуальные системы на их основе позволяют снизить затраты на подготовку и проведение экспериментов и повысить их эффективность.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- Разработан и создан интеллектуальный контроллер крейта со встроенной микро-ЭВМ, предназначенный для систем автоматизации физических экспериментов и ориентированный на хранение управляющих программ в постоянной памяти, что снижает стоимость систем и повышает их надежность; контроллер имеет оригинальную модульную структуру, которая улучшает его технологические и эксплуатационные характеристики - Разработан оригинальный монитор микро-ЭВМ контроллера, ориентированный на работу с устройствами ввода-вывода через интерфейсы в стандарте КАМАК.
Разработан и создан полный набор интерфейсов для включения в состав систем основных устройств ввода-вывода. В его состав входят интерфейс цветного телемонитора, который обладает рекордными в стране характеристиками для такого класса приборов, интерфейс накопителя на магнитной ленте, являщийся первым в СССР подобным прибором, выполненным на одной печатной плате, а также интерфейсы: перфоленточного оборудования, алфавитно-цифровых дисплеев и других терминальных устройств, АЦПУ, графопостроителей, оспиллографических и телевизионных графических дисплеев.
- Создан ряд автономных систем автоматизации спектрометрических исследований; разработано программное обеспечение, которое позволяет производить сбор и накопление одномерной и многомерной спектрометрической информации, а также их предварительную обработку без использования более производительных ЭВМ.
Практическая ценность работы состоит в том, что разработанная аппаратура нашла широкое применение в исследованиях, проводимых как в Лаборатории ядерных проблем, так и в других лабораториях ОИЯЙ, а также в ряде институтов СССР и других стран-участниц ОИЯЙ (ЧССР, НРБ и др.).
Разработанные блоки обеспечены необходимой документацией, на основе которой организовано их серийное изготовление в Опытном производстве ОИЯЙ. К середине 1984 г. было выпущено более 700 блоков 18-ти наименований, в том числе около 50-ти комплектов интеллектуального контроллера.
Основные результаты работы обсуждались на научно-методических семинарах Лаборатории ядерных проблем ОИЯЙ, докладывались на международных симпозиумах и школах по ядерной электронике и применению микропроцессоров (Будапешт, 1979 г.; Дрезден, 1980 г.;
Стара Лесна, ЧССР, 1981 г.; Братислава, 1983 г.), на Всесоюзных симпозиумах по автоматизации научных исследовании и модульным информационно-вычислительным системам (Алма-Ата, 1978 г.; Дубна, 1978 г.; Новосибирск, 1979 г.; Москва, 1982 г.; Иркутск, 1983 г.), опубликованы в научных журналах и в виде сообщений ОШМ.
Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Она содержит 129 страниц текста, 25 таблиц, 39 рисунков и список литературы из 181 наименования. Основное содержание диссертации опубликовано в работах /1-21 .
Первая глава посвящена вопросам автоматизации ядерно-физических экспериментов на основе стандартной электронной аппаратуры, малых и микро-ЭШ. Рассмотрены типы и характеристики применяемых в микро-ЭШ микропроцессоров. Проведена классификация многочисленных микропроцессорных систем, применяемых в экспериментальной ядерной физике, которые можно разделить на 4 основные группы: малые интеллектуальные системы, системы с распределенными вычислительными ресурсами, системы для отбора событий и эмуляторы высокопроизводительных ЭВМ.
Применяемые в ядерной физике микро-ЭШ часто выполняются в стандарте КАМАК и разрабатываются в исследовательских лабораториях. Эти микро-ЭШ обычно являются частью интеллектуального контроллера крейта. Рассмотрена структура такого контроллера, логически он делится на две основные части: собственно микро-ЭШ и интерфейс магистрали.
В конце главы приведен обзор интеллектуальных контроллеров крейта на основе 8-разрядных микропроцессоров, разработанных различными институтами и фирмами. Дается сравнение их основных характеристик.
- 9 Вторая глава содержит описание разработанного интеллектуального контроллера крейта, предназначенного для создания автономных систем автоматизации физических экспериментов. Контроллер имеет модульную структуру и включает микро-ЭВМ КМ 001 на основе 8-разрядного микропроцессора КР580ИК80А и интерфейс магистрали КК 006. Микро-ЭВМ содержит последовательный интерфейс для подключения терминала, программируемый контроллер прерываний, таймер, а также регистры для обмена данными с магистралью крейта. Интерфейс магистрали обеспечивает взаимодействие с модулями крейта, а также формирование 5-ти прерываний процессора от магистрали МММ. Память контроллера составляют ЗК байт ОЗУ и до I2K байт СШІЗУ. Большой объем постоянной памяти позволяет хранить большинство рабочих программ.
Описаны разработанные блоки расширения памяти: КЛ 007 - ОЗУ на 24К байт и КЛ 016 - СШІЗУ на 32К байт. Приводятся возможные конфигурации контроллера на основе этих блоков.
Рассмотрены примеры программирования команд КАМАК, рассчитаны времена их исполнения.
Описывается разработанная программа-монитор для микро-ЭВМ КМ 001, которая ориентирована на работу с устройствами ввода-вывода, подключаемыми через интерфейсы в стандарте КАМАК.
В конце главы описаны обслуживающие и тестовые программы.
Третья глава посвящена разработке аппаратуры для включения устройств ввода-вывода в состав систем на основе интеллектуального контроллера. Описаны разработанные интерфейсы перфоленточ-ного оборудования КИ 012 и КИ 013, интерфейсы алфавитно-цифровых дисплеев и других терминальных устройств, подключаемых с помощью параллельной (КИ 010) и последовательной (КИ 025) линий связи, интерфейс матричного АЦПУ КИ 023, интерфейс графопостроителей, управляемых аналоговыми сигналами отклонения, КИ 027. Разработанный интерфейс КИ 031 для подключения малогабаритного накопителя на магнитной ленте (НМЛ) ИЗОТ-5003 обеспечивает исполнение всех операций управления НМЛ по командам с магистрали. При записи и чтении данных блок вычисляет циклическую контрольную сумму.
Вое разработанные интерфейсы имеют минимальную ширину. Дается сравнение каждого интерфейса с подобными разработками других организаций.
В конце главы приведены описания разработанных программаторов микросхем ППЗУ. Они обеспечивают запись данных в СППЗУ типа К573РФІ (блок КП 001), в биполярные ППЗУ KI55PE3 и К556РТ4 (блок КП 005), а также в ППЗУ 74188 (КП 004).
В четвертой главе обсуждаются вопросы разработки аппаратуры для создания графических дисплеев на основе ЭЛТ для использования в системах автоматизации физических экспериментов. Рассмотрены структура и сравнительные характеристики графических дисплеев двух типов - оопиллограЗических и телевизионных. Приведены обзоры интерфейсов в стандарте КАМАК для осциллографических и телевизионных индикаторных устройств. Обсуждаются их сравнительные характеристики. Описаны разработанные интерфейсы для создания графических дисплеев. Оспиллографический интерфейс КИ ОН обеспечивает разрешение 1024x256 точек и предназначен, в основном, для изображения спектров. Интерфейс КИ 033 формирует изображение размером 256x256 точек на экране черно-белого бытового телевизора или ТВ монитора. Три совместно работающих интерфейса обеспечивают 8-цветное изображение такого же размера на экране цветного индикатора. С помощью разработанного блока КИ 034 и 3-х интерфейсов КИ 033 возможно формирование полутонового изображения, каждая точка которого может иметь 8 оттенков от белого до черного.
Для создания высококачественного цветного графического дисплея разработан интерфейс цветного ТВ монитора КИ 029. Он обеспечивает изображение размером 512x256 точек, каждая из которых может принимать один из 8-ми цветов. Генератор знаков интерфейса содержит 128 типов символов.
Приводится описание разработанного интерфейса координатного шара КИ 031, который позволяет формировать маркер на экране ТВ дисплея.
В пятой главе приводятся примеры созданных систем автоматизации физических экспериментов на основе интеллектуального контроллера с микро-ЭВМ КМ 001, интерфейсов устройств ввода-вывода и разработанного программного обеспечения. Система тестирования и наладки используется для проверки электронных блоков в стандарте КАМАК. Написаны программы тестирования блоков интеллектуального контроллера и всех разработанных интерфейсов.
Перечисляются некоторые системы на основе микро-ЭШ КМ 001, созданные в других лабораториях ОИЯИ.
В конце главы приводятся результаты расчета надежности разработанных блоков и систем на их основе.
