Laitteiston käyttöliittymät

Rajapinta (vuorovaikutus) on yhteys mikroprosessorijärjestelmän komponenttien ja osallistujien välillä.

V mikroprosessorijärjestelmä sisältää: laitteistot, ohjelmistot ja ihmiset... Siksi erotetaan seuraavan tyyppiset rajapinnat:

• laitteiston käyttöliittymä;

• ohjelmiston käyttöliittymä;

• käyttöliittymä.

Käyttöjärjestelmän tarjoama ohjelmointiliittymä (jos sellainen on). Yleisimmät käyttöliittymät ovat graafinen käyttöliittymä (esim. tietokoneen työpöytä, jossa on kuvakkeet tai komentopainikkeet Microsoft Office Word -editorissa) ja joystick-käyttöliittymä, jossa valitsemme tarvitsemamme komennon valikoissa (esim. matkapuhelimet) , ohjelmoitavat ohjaimet), joka on myös eräänlainen GUI.

Laitteistorajapinta on järjestelmä väylistä, liittimistä, sovituslaitteista, algoritmeista ja protokollista, jotka tarjoavat tiedonsiirron mikroprosessorijärjestelmän kaikkien osien välillä. Järjestelmän suorituskyky ja luotettavuus riippuvat liitännän ominaisuuksista.

Sulautetuissa mikroprosessorijärjestelmissä laitteistorajapinnan tarjoavat suorittimen kuormitusohjaimet.Ohjain Se on erikoistunut mikropiiri, joka on suunniteltu suorittamaan valvonta- ja ohjaustoimintoja. Ohjain hallitsee laitteen toimintaa, esimerkiksi kiintolevyä, käyttömuistia, näppäimistöä ja varmistaa tämän laitteen yhteyden muihin MS:n osallistujiin.

Renkaita ohjataan siltojen avulla... Esimerkiksi monimutkaisissa MS:issä, kuten henkilökohtaisessa tietokoneessa, keskeinen paikka on «ChipSet» (ChipSet) - joukko siltoja ja ohjaimia. Piirisarja sisältää kaksi pääsirua, joita kutsutaan perinteisesti eteläsillaksi ja pohjoissillaksi (kuva 1). Northbridge palvelee järjestelmäväylää, muistiväylää, AGP:tä (kiihdytetty grafiikkaportti) ja on tietokoneen pääohjain. Eteläsilta käsittelee työskentelyä ulkoisten laitteiden kanssa (PCI-väylä — I/O-väylä oheislaitteiden liittämiseen).

Kuva 1 – Tiedonvaihtoorganisaatiot henkilökohtaisissa tietokoneissa (PC)

Prosessorin ja ulkoisten laitteiden välisen vuorovaikutuksen järjestäminen on vaikeinta niiden suuren vaihtelun vuoksi.

Rinnakkaisrajapinnoille on tunnusomaista, että ne käyttävät erillisiä signaalilinjoja bittien lähettämiseen ja bitit lähetetään samanaikaisesti. Klassinen rinnakkaisliitäntä on LPT-portti.

Sarjatiedonsiirtorajapinta käyttää yhtä signaalilinjaa, jonka yli informaatiobitit lähetetään peräkkäin peräkkäin.

Yksinkertaisin sarjaliitäntä, joka on yleistynyt sekä tietokoneissa että teollisissa järjestelmissä, on RS-232-standardi, jonka toteuttavat COM — portit... Teollisuusautomaatiossa se on laajalti käytössä RS-485.

USB (Universal Serial Bus) -väylä liittää tietokoneeseesi monenlaisia ​​oheislaitteita, mukaan lukien matkapuhelimet ja kulutuselektroniikka.

Ensimmäinen liitäntämääritys on nimeltään USB 1.0, tällä hetkellä käytössä on USB 2.0 -spesifikaatio, nykyaikaiset laitteet on kytketty USB 3.0 -spesifikaatioon.

USB 2.0 -standardi sisältää neljä riviä: tiedon vastaanotto ja siirto, +5 V virtalähde ja kotelo. Näiden lisäksi USB 3.0 lisää neljä tietoliikennelinjaa (2 vastaanottoa ja kaksi lähetystä varten) ja kotelon.

USB-väylällä on suuri kaistanleveys (USB 2.0 tarjoaa maksimitiedonsiirtonopeuden jopa 480 Mbps, USB 3.0 - jopa 5,0 Gbps) ja se tarjoaa tiedonsiirron lisäksi myös virransyötön pienitehoisille ulkoisille laitteille (maksimivirta kulutuslaitteen USB-väylän virtajohtojen kautta, ei saa ylittää 500 mA USB 2.0:lle ja 900 mA USB 3.0:lle), mikä eliminoi ulkoisten virtalähteiden tarpeen.

Langattomien (langattomien) liitäntöjen avulla voit siirtyä pois tietoliikennekaapeleista, mikä on erityisen tärkeää pienikokoisille, kooltaan ja painoltaan kaapeleihin verrattavissa oleville laitteille. Langattomien liitäntöjen käyttö elektromagneettiset aallot infrapuna (IrDA) ja radiotaajuusalueet (Bluetooth, langaton USB).

Infrapuna IrDA-liitäntä mahdollistaa langattoman viestinnän kahden laitteen välillä jopa metrin etäisyydellä. Infrapunayhteys - IR (infrapuna) -yhteys - turvallinen terveydelle, ei aiheuta häiriöitä radiotaajuusalueella ja varmistaa lähetyksen yksityisyyden. Infrapunasäteet eivät kulje seinien läpi, joten vastaanottoalue on rajoitettu pienelle, helposti hallittavalle alueelle.

Bluetooth (blue tooth) on pienitehoinen radiorajapinta (lähettimen teho vain noin 1 mW) henkilökohtaisten verkkojen järjestämiseen mahdollistaen reaaliaikaisen tiedonsiirron lyhyillä etäisyyksillä. Jokaisessa Bluetooth-laitteessa on 2,4 GHz:n radiolähetin ja vastaanotin. Radiorajapinnan kantama on noin 100 m – kattamaan vakiotalon.

Langaton USB (USB langaton) — lyhyen kantaman radioliitäntä suurella kaistanleveydellä: 480 Mbps jopa 3 metrin etäisyydellä ja 110 Mbps jopa 10 metrin etäisyydellä. Se toimii taajuusalueella 3,1 - 10,6 GHz.

RS-232 (RS — Recommended Standard) -liitäntä yhdistää kaksi laitetta - tietokoneen ja tiedonsiirtolaitteen. Lähetysnopeus on 115 Kbps (maksimi), lähetysetäisyys on 15 m (maksimi), yhteyskaavio on pisteestä pisteeseen.

Tämän liitännän signaalit välitetään (3 … 15) V:n jännitehäviöllä, joten RS-232-tietoliikennelinjan pituus on yleensä rajoitettu useiden metrien etäisyydelle alhaisen kohinansietokyvyn vuoksi. Sitä käytetään useimmiten teollisuuslaitteissa, henkilökohtaisessa tietokoneessa sitä käytetään "hiiri"-tyyppisen manipulaattorin, modeemin kytkemiseen. RS-232-liitäntä ei yleensä salli verkkoa, koska se yhdistää vain 2 laitetta.

Kuva 2 — DB9-tyypin RS-232-liitin

RS-485-liitäntä on laajalti käytetty nopea, häiriöitä estävä teollinen sarjaliitäntä kaksisuuntaiseen tiedonsiirtoon. Lähes kaikki nykyaikaiset teollisen suunnittelun tietokoneet, useimmat anturit ja asemat sisältävät yhden tai toisen RS-485-liitännän toteutuksen.

Yksi kierretty johtopari (kierretty pari) riittää tiedonsiirtoon ja vastaanottoon.Tiedonsiirto tapahtuu differentiaalisignaaleilla (alkuperäinen signaali menee toiselle johtimelle ja sen käänteinen kopio toiselle.). Yhden napaisuuden jännite-ero johtimien välillä tarkoittaa loogista, toisen napaisuuden ero tarkoittaa nollaa.

Ulkoisen häiriön esiintyessä vierekkäisten johtimien tapit ovat samat, ja koska signaali on johtimien potentiaaliero, signaalitaso pysyy muuttumattomana. Tämä tarjoaa korkean melunsietokyvyn ja viestintälinjan kokonaispituuden jopa 1 km: iin (ja enemmän käyttämällä erityisiä laitteita - toistimia).

RS-485-liitäntä mahdollistaa tiedonsiirron useiden laitteiden välillä kaksijohtimisella tiedonsiirtolinjalla half-duplex-tilassa (vastaanotto ja lähetys kulkevat yhden aikaerotellun johtoparin kautta). Sitä käytetään laajalti teollisuudessa prosessinohjausjärjestelmien luomiseen.

Ethernet (eetteri — eetteri) — tiedonsiirtotekniikka, jota käytetään useimmissa paikallisissa tietokoneverkoissa. Tämä liitäntä perustuu IEE 802.3 -standardiin.Kun RS-485-liitäntää voidaan tarkastella yksi-moneen -periaatteella, Ethernet toimii useista moneen -periaatteella.

Vaihtoehtoja on useita riippuen bittinopeudesta ja lähetysvälineestä:

• Ethernet - 10 Mbps

• Nopea Ethernet - 100 Mbps

• Gigabit Ethernet - 1 Gbps

• 10 Gigabit Ethernet

Siirtovälineinä käytetään koaksiaalikaapelia, kierrettyä paria (alhainen hinta, korkea kohinansieto) ja optista kaapelia (pidempien linjojen ja nopeiden viestintäkanavien luominen).

Kierretty pari (kierretty pari) — viestintäkaapelin tyyppi, on yksi tai useampi eristetty johdinpari, jotka on kierretty yhteen ja peitetty muovisuojalla.

Esimerkiksi FTP-kaapeli (kierretty pari - kierretty pari, jossa yhteinen kalvosuoja ja kuparijohdin indusoituneiden virtojen tyhjentämiseen), 4 paria (kiinteä), luokka 5e (kuva 3). Kaapeli on tarkoitettu kiinteään asennukseen rakennuksiin ja rakenteisiin sekä rakenteisiin kaapelijärjestelmiin. Suunniteltu sovelluksiin, jotka toimivat taajuusalueella, jonka yläraja on 100 MHz.

Kuva 3 — kierretty pari: 1 — ulkovaippa, 2 — kalvosuoja, 3 — tyhjennyslanka, 4 — suojakalvo, 5 — kierretty pari

Fyysisellä tasolla Ethernet-protokolla on toteutettu mikroprosessorijärjestelmiin upotettuina verkkokorteina ja keskittiminä, jotka yhdistävät järjestelmät toisiinsa.

Teolliset verkot (Profinet, EtherNet / IP, EtherCAT, Ethernet Powerlink) rakennetaan Ethernetin pohjalle, jotka kilpailevat menestyksekkäästi aiemmin kehitettyjen verkkojen Profibus, DeviceNet, CANopen jne. kanssa.