核电子学中的仪器标准.ppt

个人仪器
26
虚拟仪器的发展取决于三个重要因素。①计算机是 载体,②软件是核心③高质量的A/D采集卡及放大器 是关键。
虚拟仪器
2019-7Fra Baidu bibliotek23
谢谢您的观赏
27
2019-7-23
网络化仪器
谢谢您的观赏
28
实验课
• NaI（Tl）慢计数系统 • 半导体能谱仪系统 • 符合测量系统
2019-7-23
2019-7-23
谢谢您的观赏
17
核科技领域专用总线的退出
CAMAC总线和FASTBUS总线没有在其它领域得 到推广，市场很小，因而不仅成本很高，而且兼 容性、开放性、可靠性和可维护性等方面都存在 问题。当今，在核科学和技术领域多采用工业界 的通用总线。
2019-7-23
谢谢您的观赏
18
工业通用总线在核科技领域的使用
–一般功能插件实现一个独立的功能，用若干个插件可 以组合成一个较复杂的系统。
–机箱控制器用来控制机箱内各插件的动作并提供 CAMAC数据路与外部计算机之间的通讯接口功能。
2019-7-23
谢谢您的观赏
15
CAMAC系统的组成框图举例
2019-7-23
谢谢您的观赏
16
FASTBUS
总线标准向高速度、高度灵活方面发展，因 此核电子学仪器又发展了新一代总线-快总线 （FASTBUS），数据的速度比CAMAC大约 快一个量级。“快总线”插件，电路采用 ECL组件，功耗较大，机箱散热成了专门问 题。
工业界的通用总线，近年来广泛应用于 核电子学领域
重点：
1. 核电子学仪器标准在哪些方面提出了规范要求？ 机械标准、电气标准和总线标准
2. 几种典型的标准
2019-7-23
谢谢您的观赏
24
仪器的发展
2019-7-23
模拟仪器
谢谢您的观赏
模数转换出
现，数字显
示仪器
25
智能仪器
2019-7-23
谢谢您的观赏
谢谢您的观赏
13
CAMAC 机箱
数据路：86芯的印制板插 座，提供了插件之间的联 系，包括电源线、数据线、
控制线和状态线。
2019-7-23
谢谢您的观赏
14
CAMAC系统的组成
• 由机箱(Crate)和插件(Plug-in Module)组成，插件 又分为一般功能组件(Module)和机箱控制器(Crate Controller)。
正逻辑标准：为电压信号，用在中低速逻辑电路（dc到 1MHz）。
电平标准
输出（必须送出） 输入（必须反应）
‘1’ +4~ +12 V
+3~ +12 V
‘0’ +1~ -2 V
+1.5~ -2V
上升时间 10ns~ 100ns 宽度 0.1~1s
输入阻抗1k 输出阻抗 10 或50
2019决-7-2了3 大量数据输入输出的谢谢问您的题观。赏
20
插件化
VME 机箱
96芯的插针式插座， 提供了插件之间的 联系，包括电源线、 数据线、控制线和
状态线
2019-7-23
谢谢您的观赏
21
VME 系统
专用VME 控制单板机
模拟设备 NIM系统
VME数据 获取系统
2019-7-23
谢谢您的观赏
国内外也都按NIM标准设计和生产。
• NIM标准的确立大大提高了核电子学仪器的机械 互换性和电气互换性。
2019-7-23
谢谢您的观赏
5
NIM机箱和插件结构
电源的 标准化
机箱和插件的 尺寸标准化
机箱：19英寸宽，7英寸高，可以容纳十二个单倍宽的NIM插件。
2019-7-23
谢谢您的观赏
6
NIM信号标准
ECL Logic Signals
2019-7-23
Output (must deliver) Input (must respond to) High state –0.81 to –0.98 V(-0.9V) –0.81 to –1.13 V Low state 谢–谢1.您63的t观o赏–1.95 V(-1.8V) –1.48 to –1.95 V8
2019-7-23
谢谢您的观赏
10
NIM标准小结
• 最早的核电子学标准
– 机械标准：机箱和插件 – 电气标准：电源和信号
• 模拟设备标准，数字改良标准NIM+GPIB。但这 种CCNIM设备比较少。
2019-7-23
谢谢您的观赏
11
随着计算机技术的发展和其在核电子学中的应用，
为了实现数据采集和处理系统的标准化，当代的 核电子学仪器除了在机箱、插件的机械结构、电 源标准和信号电平等方面做出了规定之外，还在 信息传输方式、信号传送的硬件和软件方面定了 标准。这就是总线标准。
• VME计算机总线和在其基础上发展的VMEBus模 块化仪器总线
• PCI计算机外围设备总线和在其基础上发展的PXI 模块化仪器总线
• USB计算机串行总线
2019-7-23
谢谢您的观赏
19
VME总线
• 面向高性能微处理机M68XXX开发的系统总线，起源于美 国MOTOROLA公司。
• VME（VersaModule Eurocard）总线是一种通用的计算 机总线，经过多年的改造升级，基于VME系统的产品遍及 了工业控制、军用系统、航空航天、交通运输和医疗等领 域，在核电子和高能物理实验领域也已经广泛应用。
– 计算机和仪器设备等均配备了USB端口
2019-7-23
谢谢您的观赏
23
核电子学中的仪器标准总结
• NIM(-GPIB)标准： 最早发展起来的核电子学标准，模拟仪器
• CAMAC标准
核电子学领域的专业总线，没能在其他领
• FASTBUS 标准 域得到推广
• VME-VXI标准 • PCI-PXI标准 • USB标准
此处只涉及核科学和技术领域的总线技术
2019-7-23
谢谢您的观赏
3
核电子学中的仪器和总线标准
• NIM(-GPIB)标准： 最早发展起来的核电子学标准，模拟仪器
• CAMAC标准
核电子学领域的专业总线，没能在其他领
• FASTBUS 标准 域得到推广
• VME-VXI标准 • PCI-PXI标准 • USB标准
2019-7-23
谢谢您的观赏
9
NIM＋GPIB标准
• 为了适应计算机技术的发展，1983年美国 NIM委 员会公布了“ NIM+数字数据总线标准 ” 即NIM ＋GPIB标准。
• 是NIM仪器的数字化改良，依据这个新标准所生 产的插件又叫CCNIM " Computer Controlled NIM"。计算机通过GPIB总线来控制插件的工作， 实现自动化测量和控制。
电流标准
输出（必须送出） 输入（必须反应）
‘1’ -14~ -18 mA
-12~ -36 mA
‘0’ -1~ +1mA
-4~ +4 mA
上升时间 2ns~ 10ns，宽度不重要，前沿触发（在 ORTEC插件中信号的典型上升时间为2ns）。
输入阻抗、输出阻抗 50
**由于信号的快上升时间，在负的快逻辑信号处理中必须 考虑电缆匹配的问题。
NIM信号标准
慢线性信号标准： • 幅度：0~1V 或0~10V； • 上升时间：50ns； • 宽度：0.5~100s； • 输入阻抗、输出阻抗无统一标准，现有插件（ORTEC）
中一般为输入阻抗1k，输出阻抗一般有两种：前面板 为<1，后面板93
快线性信号标准： • 幅度：0~ -1V，0~ -5V或 0~ -10V； • 上升时间：<50ns； • 宽度：<1s； • 输入阻抗50，输出阻抗很大或<1。
工业界的通用总线，近年来广泛应用于 核电子学领域
2019-7-23
谢谢您的观赏
4
NIM标准
• Nuclear Instrument Module
• 最早提出的核电子学插件化的标准。NIM标准是
在计算机大量普及前制定的，因此，一般用于模 拟信号处理系统。
• 目前，除了前置放大器之外，所有进行模拟信号 处理的设备以及模数变换、计数电路等设备，在
• 1987年推出的VXIbus系统是一种用于模块化仪器的总线 系统。VXIbus系统具有模块式结构、高速数传、系统组建 及使用灵活方便、易于充分发挥计算机效能和标准化程度 高等诸多优点，得到迅速发展和推广。
• 最大特点：改变了CAMAC和FASTBUS通过控制器对总
线进行控制的方式，每个插件都可以对总线进行控制，解
谢谢您的观赏
29
22
PCI总线和USB总线
• PCI总线：
– 1993年， Intel公司，外围设备互连总线 （Peripheral Component Interconnect-PCI）
– 1997年美国NI公司，PXI模块化仪器总线
• USB串行总线：
– 1995年， 美国多家公司，高性能串行数据总线
（Universal Serial Bus-USB）
2019-7-23
谢谢您的观赏
12
CAMAC标准
Computer Automated Measurement And Control
核电子学仪器中的第一代总线标准
规定了机箱和插件的机械尺寸，供电方式和供电标
准外，还在信息传输方式、信号传递的硬件和软件 方面也规定了标准。
2019-7-23
机械标准、电气标准、总线标准
核电子学中的仪器标准
2019-7-23
谢谢您的观赏
1
2019-7-23
谢谢您的观赏
2
• 机械和电气标准：核电子学信号处理设备的插 件化、标准化，核电子学仪器在机箱、插件的 机械结构、电源标准和信号电平等方面做出了 规定。
• 总线标准：现代计算机技术在核电子学系统的 应用，实现数据采集和处理系统的标准化，在 信息传输方式、信号传送的硬件和软件方面定 了标准。
TTL Logic Signals
Output (must deliver) Logic 1 +2.4 to +5 V Logic 0 0 to +0.4 V
Input (must respond to)
+2 to +5 V 0 to +0.8 V
2019-7-23
谢谢您的观赏
7
NIM信号标准
快（负）逻辑标准：为电流信号，流入阻抗为50的负载， 用于高速逻辑电路中。