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Meßdatenerfassung in der Kern- und Teilchenphysik
Teubner Studienbücher Physik
Renk, Burkhard

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Produktbeschreibung

1 Einleitung.- 1.1 Formen der Meßdatenerfassung.- 1.2 Organisation von Meßdaten.- 2 Gewinnung von Meßdaten.- 2.1 Verstärker.- 2.1.1 Operationsverstärker.- 2.1.2 Vorverstärker.- 2.1.3 Spektroskopieverstärker.- 2.2 Diskriminatoren und Auslöseelektronik.- 2.3 Elektronische Schalter.- 2.4 Impulsdehnung.- 3 Digitalisierung und Trigger.- 3.1 Digital-Analog-Wandler.- 3.2 Analog-Digital-Wandler.- 3.2.1 Analogwandlung nach dem Dual Slope-Prinzip.- 3.2.2 Analogwandlung mit einem Wilkinson-ADC.- 3.2.3 Analogwandlung mit sukzessiver Approximation.- 3.2.4 Flash-Analog-Digitalwandler.- 3.3 Zeit-Digital-Wandlung.- 3.4 Auslösemechanismen (Trigger).- 3.5 Digitale Eingabe und Ausgabe.- 3.6 Totzeit.- 3.7 Ein einfaches Beispiel.- 3.8 Vorgefertigte Datenerfassungsgeräte.- 3.8.1 Der Vielkanalanalysator.- 3.8.2 Transientenrecorder.- 3.8.3 Digitaloszilloskop.- 4 Speicher und Mikroprozessoren.- 4.1 Logikfamilien.- 4.1.1 Bipolare Logik.- 4.1.1.1 Transistor-Transistor-Logik.- 4.1.1.2 ECL-Technik.- 4.1.1.3 NIM-Module.- 4.1.2 Unipolare Logik, NMOS, PMOS und CMOS.- 4.1.3 Strahlungsschäden in integrierten Schaltungen.- 4.2 Speicher.- 4.2.1 Festwertspeicher (ROM).- 4.2.2 Schreib-Lesespeicher (RAM).- 4.2.2.1 Statisches RAM.- 4.2.2.2 Dynamisches RAM.- 4.2.3 Speicheradressierung.- 4.2.4 Logikentscheidungen durch Speichermodule.- 4.2.5 Beispiel für ein Datenerfassungsystem mit Speicher.- 4.3 Mikroprozessoren.- 4.3.1 Prinzipielle Funktionsweise von Mikroprozessoren.- 4.3.2 Klassifizierung von Mikroprozessoren.- 4.3.3 Der MC68020-Prozessor.- 4.3.4 Transputer.- 4.3.5 Überblick über einige weitere Prozessortypen.- 4.3.6 Signalprozessoren.- 4.4 Einfaches Datenerfassungssystem mit Prozessor.- 4.4.1 Polling-Algorithmus.- 4.4.2 Interrupt-Algorithmus.- 4.5 Speicherverwaltung.- 4.6 Betriebssysteme und Software.- 4.7 Kundenspezifische Schaltungen.- 5 Bussysteme.- 5.1 Busse in Computersystemen.- 5.1.1 Der SCSI-Bus.- 5.1.1.1 SCSI-Bus Aufbau.- 5.1.1.2 SCSI-Bus Protokoll.- 5.1.2 Das High Performance Peripheral Interconnect.- 5.1.3 Datenerfassung mit systemspezifischen Bussen.- 5.1.4 Der Futurebus.- 5.2 Bussysteme für Datenerfassung und Steuerung.- 5.2.1 CAMAC.- 5.2.1.1 Der CAMAC-Bus.- 5.2.1.2 Aufbau eines CAMAC-Moduls.- 5.2.1.3 Software für CAMAC.- 5.2.1.4 Aufbau des Beispiels in CAMAC.- 5.2.2 Der IEC-Bus.- 5.2.3 Der VME-Bus.- 5.2.3.1 Der elektronische Aufbau des VME-Busses.- 5.2.3.2 Erweiterungen des VME-Standards.- 5.2.3.3 Der VXI-Bus und der MXI-Bus.- 5.2.3.4 Das Betriebssystem OS 9.- 5.2.4 Fastbus.- 5.2.5 Die SCI-Schnittstelle.- 5.3 Vergleiche verschiedener Bussysteme.- 6 Kommunikation und Netzwerke.- 6.1 Grundlagen der Datenkommunikation.- 6.1.1 Der Physical Layer.- 6.1.2 Der Data Link Layer.- 6.1.3 Der Network Layer.- 6.1.4 Die Schichten 4 bis 6 des OSI-Modells.- 6.1.5 Die Anwendungen.- 6.2 Ethernet.- 6.2.1 Multiple Access Protokolle.- 6.2.2 Struktur von Ethernetpaketen.- 6.2.3 Ethernetkomponenten.- 6.2.4 Bewertung des Ethernets.- 6.3 Token Netzwerke.- 6.3.1 Der Token Bus IEEE 802.4.- 6.3.2 Der Token Ring IEEE 802.5.- 6.4 Das Fiber Distributed Data Interface FDDI.- 6.5 Verbreitete Netzwerkprotokolle.- 6.5.1 Der Network Layer im Internet.- 6.5.2 Der Transport Layer im Internet (TCP und UDP).- 6.5.3 Der Application Layer im Internet.- 6.5.4 Weitere Protokolle.- 6.5.4.1 DECnet.- 6.5.4.2 Terminalprotokolle.- 7 Beispiele für Datenerfassungssysteme.- 7.1 Datenerfassung im SPS Speicherringexperiment UA1.- 7.1.1 Der UA1-Trigger.- 7.1.2 Der Aufbau der CAMAC-VME-Bus-Auslese.- 7.2 Das LEP-Experiment ALEPH.- 7.3 Die HERA-Experimente Hl und ZEUS.- 8 Literaturhinweise.- 9 Glossar.- 10 Stichwortverzeichnis.
Die heutige Generation von Hochenergieexperimenten, wie auch die meisten Experimente zur Atom- und Kemphysik, ware ohne eine leistungsfahige MeBdatenerfassung unvorstellbar. Diese ist eng mit den Fortschritten der Computertechnik verbunden, so daB sie in den letzten Jahren einem starken Wandel unterworfen war. Die Einfiihrung leistungsfahiger Mikroprozessoren, die Normung schneller Datenbusse und die weite Verbreitung von Netzwerken geben dem Experimentator neue Mittel in die Hand, die er zu einer funktionierenden Gesamtlosung zusammenfassen kann. In diesem Buch werden diese Komponenten einzeln und in ihrem Zusammenspiel, auch anhand von Beispielen vorgestellt. Das Buch ist aus einer Vorlesung hervorgegangen, die der Verfasser in den Jahren 1991 und 1992 im Fachbereich Physik an der Johannes Gutenberg U niversitat Mainz gehalten hat. Den Studenten und den Kollegen in Mainz und am CERN, die durch kritische Anregungen wertvolle Hilfe geleistet haben, sei an dieser Stelle gedankt. Mein besonderer Dank gilt Herrn Professor K. Kleinknecht, Herm Professor K. Merle, Herm Dr. H. BlUmer, Herm Dr. H. Kalinowsky und Herm Dr. K. J. Peach.
1 Einleitung.- 1.1 Formen der Meßdatenerfassung.- 1.2 Organisation von Meßdaten.- 2 Gewinnung von Meßdaten.- 2.1 Verstärker.- 2.1.1 Operationsverstärker.- 2.1.2 Vorverstärker.- 2.1.3 Spektroskopieverstärker.- 2.2 Diskriminatoren und Auslöseelektronik.- 2.3 Elektronische Schalter.- 2.4 Impulsdehnung.- 3 Digitalisierung und Trigger.- 3.1 Digital-Analog-Wandler.- 3.2 Analog-Digital-Wandler.- 3.2.1 Analogwandlung nach dem Dual Slope-Prinzip.- 3.2.2 Analogwandlung mit einem Wilkinson-ADC.- 3.2.3 Analogwandlung mit sukzessiver Approximation.- 3.2.4 Flash-Analog-Digitalwandler.- 3.3 Zeit-Digital-Wandlung.- 3.4 Auslösemechanismen (Trigger).- 3.5 Digitale Eingabe und Ausgabe.- 3.6 Totzeit.- 3.7 Ein einfaches Beispiel.- 3.8 Vorgefertigte Datenerfassungsgeräte.- 3.8.1 Der Vielkanalanalysator.- 3.8.2 Transientenrecorder.- 3.8.3 Digitaloszilloskop.- 4 Speicher und Mikroprozessoren.- 4.1 Logikfamilien.- 4.1.1 Bipolare Logik.- 4.1.1.1 Transistor-Transistor-Logik.- 4.1.1.2 ECL-Technik.- 4.1.1.3 NIM-Module.- 4.1.2 Unipolare Logik, NMOS, PMOS und CMOS.- 4.1.3 Strahlungsschäden in integrierten Schaltungen.- 4.2 Speicher.- 4.2.1 Festwertspeicher (ROM).- 4.2.2 Schreib-Lesespeicher (RAM).- 4.2.2.1 Statisches RAM.- 4.2.2.2 Dynamisches RAM.- 4.2.3 Speicheradressierung.- 4.2.4 Logikentscheidungen durch Speichermodule.- 4.2.5 Beispiel für ein Datenerfassungsystem mit Speicher.- 4.3 Mikroprozessoren.- 4.3.1 Prinzipielle Funktionsweise von Mikroprozessoren.- 4.3.2 Klassifizierung von Mikroprozessoren.- 4.3.3 Der MC68020-Prozessor.- 4.3.4 Transputer.- 4.3.5 Überblick über einige weitere Prozessortypen.- 4.3.6 Signalprozessoren.- 4.4 Einfaches Datenerfassungssystem mit Prozessor.- 4.4.1 Polling-Algorithmus.- 4.4.2 Interrupt-Algorithmus.- 4.5 Speicherverwaltung.- 4.6 Betriebssysteme und Software.- 4.7 Kundenspezifische Schaltungen.- 5 Bussysteme.- 5.1 Busse in Computersystemen.- 5.1.1 Der SCSI-Bus.- 5.1.1.1 SCSI-Bus Aufbau.- 5.1.1.2 SCSI-Bus Protokoll.- 5.1.2 Das High Performance Peripheral Interconnect.- 5.1.3 Datenerfassung mit systemspezifischen Bussen.- 5.1.4 Der Futurebus.- 5.2 Bussysteme für Datenerfassung und Steuerung.- 5.2.1 CAMAC.- 5.2.1.1 Der CAMAC-Bus.- 5.2.1.2 Aufbau eines CAMAC-Moduls.- 5.2.1.3 Software für CAMAC.- 5.2.1.4 Aufbau des Beispiels in CAMAC.- 5.2.2 Der IEC-Bus.- 5.2.3 Der VME-Bus.- 5.2.3.1 Der elektronische Aufbau des VME-Busses.- 5.2.3.2 Erweiterungen des VME-Standards.- 5.2.3.3 Der VXI-Bus und der MXI-Bus.- 5.2.3.4 Das Betriebssystem OS 9.- 5.2.4 Fastbus.- 5.2.5 Die SCI-Schnittstelle.- 5.3 Vergleiche verschiedener Bussysteme.- 6 Kommunikation und Netzwerke.- 6.1 Grundlagen der Datenkommunikation.- 6.1.1 Der Physical Layer.- 6.1.2 Der Data Link Layer.- 6.1.3 Der Network Layer.- 6.1.4 Die Schichten 4 bis 6 des OSI-Modells.- 6.1.5 Die Anwendungen.- 6.2 Ethernet.- 6.2.1 Multiple Access Protokolle.- 6.2.2 Struktur von Ethernetpaketen.- 6.2.3 Ethernetkomponenten.- 6.2.4 Bewertung des Ethernets.- 6.3 Token Netzwerke.- 6.3.1 Der Token Bus IEEE 802.4.- 6.3.2 Der Token Ring IEEE 802.5.- 6.4 Das Fiber Distributed Data Interface FDDI.- 6.5 Verbreitete Netzwerkprotokolle.- 6.5.1 Der Network Layer im Internet.- 6.5.2 Der Transport Layer im Internet (TCP und UDP).- 6.5.3 Der Application Layer im Internet.- 6.5.4 Weitere Protokolle.- 6.5.4.1 DECnet.- 6.5.4.2 Terminalprotokolle.- 7 Beispiele für Datenerfassungssysteme.- 7.1 Datenerfassung im SPS Speicherringexperiment UA1.- 7.1.1 Der UA1-Trigger.- 7.1.2 Der Aufbau der CAMAC-VME-Bus-Auslese.- 7.2 Das LEP-Experiment ALEPH.- 7.3 Die HERA-Experimente Hl und ZEUS.- 8 Literaturhinweise.- 9 Glossar.- 10 Stichwortverzeichnis.

Inhaltsverzeichnis



1 Einleitung.- 1.1 Formen der Meßdatenerfassung.- 1.2 Organisation von Meßdaten.- 2 Gewinnung von Meßdaten.- 2.1 Verstärker.- 2.1.1 Operationsverstärker.- 2.1.2 Vorverstärker.- 2.1.3 Spektroskopieverstärker.- 2.2 Diskriminatoren und Auslöseelektronik.- 2.3 Elektronische Schalter.- 2.4 Impulsdehnung.- 3 Digitalisierung und Trigger.- 3.1 Digital-Analog-Wandler.- 3.2 Analog-Digital-Wandler.- 3.2.1 Analogwandlung nach dem Dual Slope-Prinzip.- 3.2.2 Analogwandlung mit einem Wilkinson-ADC.- 3.2.3 Analogwandlung mit sukzessiver Approximation.- 3.2.4 Flash-Analog-Digitalwandler.- 3.3 Zeit-Digital-Wandlung.- 3.4 Auslösemechanismen (Trigger).- 3.5 Digitale Eingabe und Ausgabe.- 3.6 Totzeit.- 3.7 Ein einfaches Beispiel.- 3.8 Vorgefertigte Datenerfassungsgeräte.- 3.8.1 Der Vielkanalanalysator.- 3.8.2 Transientenrecorder.- 3.8.3 Digitaloszilloskop.- 4 Speicher und Mikroprozessoren.- 4.1 Logikfamilien.- 4.1.1 Bipolare Logik.- 4.1.1.1 Transistor-Transistor-Logik.- 4.1.1.2 ECL-Technik.- 4.1.1.3 NIM-Module.- 4.1.2 Unipolare Logik, NMOS, PMOS und CMOS.- 4.1.3 Strahlungsschäden in integrierten Schaltungen.- 4.2 Speicher.- 4.2.1 Festwertspeicher (ROM).- 4.2.2 Schreib-Lesespeicher (RAM).- 4.2.2.1 Statisches RAM.- 4.2.2.2 Dynamisches RAM.- 4.2.3 Speicheradressierung.- 4.2.4 Logikentscheidungen durch Speichermodule.- 4.2.5 Beispiel für ein Datenerfassungsystem mit Speicher.- 4.3 Mikroprozessoren.- 4.3.1 Prinzipielle Funktionsweise von Mikroprozessoren.- 4.3.2 Klassifizierung von Mikroprozessoren.- 4.3.3 Der MC68020-Prozessor.- 4.3.4 Transputer.- 4.3.5 Überblick über einige weitere Prozessortypen.- 4.3.6 Signalprozessoren.- 4.4 Einfaches Datenerfassungssystem mit Prozessor.- 4.4.1 Polling-Algorithmus.- 4.4.2 Interrupt-Algorithmus.- 4.5 Speicherverwaltung.- 4.6 Betriebssysteme und Software.- 4.7 Kundenspezifische Schaltungen.- 5 Bussysteme.- 5.1 Busse in Computersystemen.- 5.1.1 Der SCSI-Bus.- 5.1.1.1 SCSI-Bus Aufbau.- 5.1.1.2 SCSI-Bus Protokoll.- 5.1.2 Das High Performance Peripheral Interconnect.- 5.1.3 Datenerfassung mit systemspezifischen Bussen.- 5.1.4 Der Futurebus.- 5.2 Bussysteme für Datenerfassung und Steuerung.- 5.2.1 CAMAC.- 5.2.1.1 Der CAMAC-Bus.- 5.2.1.2 Aufbau eines CAMAC-Moduls.- 5.2.1.3 Software für CAMAC.- 5.2.1.4 Aufbau des Beispiels in CAMAC.- 5.2.2 Der IEC-Bus.- 5.2.3 Der VME-Bus.- 5.2.3.1 Der elektronische Aufbau des VME-Busses.- 5.2.3.2 Erweiterungen des VME-Standards.- 5.2.3.3 Der VXI-Bus und der MXI-Bus.- 5.2.3.4 Das Betriebssystem OS 9.- 5.2.4 Fastbus.- 5.2.5 Die SCI-Schnittstelle.- 5.3 Vergleiche verschiedener Bussysteme.- 6 Kommunikation und Netzwerke.- 6.1 Grundlagen der Datenkommunikation.- 6.1.1 Der Physical Layer.- 6.1.2 Der Data Link Layer.- 6.1.3 Der Network Layer.- 6.1.4 Die Schichten 4 bis 6 des OSI-Modells.- 6.1.5 Die Anwendungen.- 6.2 Ethernet.- 6.2.1 Multiple Access Protokolle.- 6.2.2 Struktur von Ethernetpaketen.- 6.2.3 Ethernetkomponenten.- 6.2.4 Bewertung des Ethernets.- 6.3 Token Netzwerke.- 6.3.1 Der Token Bus IEEE 802.4.- 6.3.2 Der Token Ring IEEE 802.5.- 6.4 Das Fiber Distributed Data Interface FDDI.- 6.5 Verbreitete Netzwerkprotokolle.- 6.5.1 Der Network Layer im Internet.- 6.5.2 Der Transport Layer im Internet (TCP und UDP).- 6.5.3 Der Application Layer im Internet.- 6.5.4 Weitere Protokolle.- 6.5.4.1 DECnet.- 6.5.4.2 Terminalprotokolle.- 7 Beispiele für Datenerfassungssysteme.- 7.1 Datenerfassung im SPS Speicherringexperiment UA1.- 7.1.1 Der UA1-Trigger.- 7.1.2 Der Aufbau der CAMAC-VME-Bus-Auslese.- 7.2 Das LEP-Experiment ALEPH.- 7.3 Die HERA-Experimente Hl und ZEUS.- 8 Literaturhinweise.- 9 Glossar.- 10 Stichwortverzeichnis.


Klappentext



Die heutige Generation von Hochenergieexperimenten, wie auch die meisten Experimente zur Atom- und Kemphysik, ware ohne eine leistungsfahige MeBdatenerfassung unvorstellbar. Diese ist eng mit den Fortschritten der Computertechnik verbunden, so daB sie in den letzten Jahren einem starken Wandel unterworfen war. Die Einfiihrung leistungsfahiger Mikroprozessoren, die Normung schneller Datenbusse und die weite Verbreitung von Netzwerken geben dem Experimentator neue Mittel in die Hand, die er zu einer funktionierenden Gesamtlosung zusammenfassen kann. In diesem Buch werden diese Komponenten einzeln und in ihrem Zusammenspiel, auch anhand von Beispielen vorgestellt. Das Buch ist aus einer Vorlesung hervorgegangen, die der Verfasser in den Jahren 1991 und 1992 im Fachbereich Physik an der Johannes Gutenberg U niversitat Mainz gehalten hat. Den Studenten und den Kollegen in Mainz und am CERN, die durch kritische Anregungen wertvolle Hilfe geleistet haben, sei an dieser Stelle gedankt. Mein besonderer Dank gilt Herrn Professor K. Kleinknecht, Herm Professor K. Merle, Herm Dr. H. BlUmer, Herm Dr. H. Kalinowsky und Herm Dr. K. J. Peach.


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