Donanım arayüzleri

Arayüz (etkileşim), bir mikroişlemci sistemindeki bileşenler ve katılımcılar arasındaki bağlantıdır.

V mikroişlemci sistemi içerir: donanım, yazılım ve insanlar... Bu nedenle, aşağıdaki arabirim türleri ayırt edilir:

• donanım arayüzü;

• yazılım arayüzü;

• Kullanıcı arayüzü.

İşletim sistemi (varsa) tarafından sağlanan programlama arabirimi. En yaygın kullanıcı arayüzleri, bir grafik arayüz (örneğin, Microsoft Office Word düzenleyicisinde simgelerin veya komut düğmelerinin bulunduğu bir bilgisayar masaüstü) ve menüler arasında gezinerek ihtiyacımız olan komutu seçtiğimiz bir joystick arayüzüdür (örneğin, cep telefonları). , programlanabilir denetleyiciler) , aynı zamanda bir GUI türüdür.

Bir donanım arayüzü, bir mikroişlemci sisteminin tüm parçaları arasında iletişimi sağlayan veri yolları, konektörler, eşleşen cihazlar, algoritmalar ve protokoller sistemidir. Sistemin performansı ve güvenilirliği arayüzün özelliklerine bağlıdır.

Gömülü mikroişlemcili sistemlerde, donanım arabirimi CPU boşaltma denetleyicileri tarafından sağlanır.Denetleyici İzleme ve kontrol işlevlerini gerçekleştirmek için tasarlanmış özel bir mikro devredir. Denetleyici, örneğin sabit disk, rasgele erişim belleği, klavye gibi aygıtın çalışmasını yönetir ve bu aygıtın MS'deki diğer katılımcılarla bağlantısını sağlar.

Lastikler köprüler tarafından kontrol edilir... Örneğin kişisel bir bilgisayar gibi karmaşık MS'lerde, merkezi yer bir dizi köprü ve denetleyici olan «ChipSet» (ChipSet) tarafından işgal edilir. Yonga seti, geleneksel olarak güney köprüsü ve kuzey köprüsü olarak adlandırılan iki ana yonga içerir (Şekil 1). Kuzey köprüsü sistem veri yoluna, bellek veri yoluna, AGP'ye (hızlandırılmış grafik bağlantı noktası) hizmet eder ve bilgisayarın ana denetleyicisidir. Güney köprüsü, harici cihazlarla çalışır (PCI veri yolu - çevresel aygıtları bağlamak için G / Ç veri yolu).

Şekil 1 — Kişisel Bilgisayarlarda (PC'ler) Veri Alışverişi Kuruluşları

İşlemci ve harici cihazlar arasındaki etkileşimin organizasyonu, çok çeşitli olmaları nedeniyle en zor olanıdır.

Paralel arayüzler, bitleri iletmek için ayrı sinyal hatları kullanmaları ve bitlerin aynı anda iletilmesi ile karakterize edilir. Klasik paralel arabirim, bir LPT bağlantı noktasıdır.

Bir seri veri iletim arabirimi, bilgi bitlerinin birbiri ardına sırayla iletildiği tek bir sinyal hattı kullanır.

Hem bilgisayarlarda hem de endüstriyel sistemlerde yaygınlaşan en basit seri arabirim, COM tarafından uygulanan RS-232 standardıdır — bağlantı noktaları... Endüstriyel otomasyonda yaygın olarak kullanılan RS-485'tir.

Bir USB (Evrensel Seri Veri Yolu) veri yolu, cep telefonları ve tüketici elektroniği dahil olmak üzere çok çeşitli çevresel aygıtları bilgisayarınıza bağlar.

İlk arabirim özelliği USB 1.0 olarak adlandırılır, şu anda USB 2.0 özelliği kullanılır, modern cihazlar USB 3.0 özelliğine bağlanır.

USB 2.0 standardı dört satır içerir: veri alımı ve iletimi, +5 V güç kaynağı ve kasa. Bunlara ek olarak USB 3.0, dört iletişim hattı (2 alma ve iki gönderme için) ve bir kasa ekler.

USB veri yolu yüksek bir bant genişliğine sahiptir (USB 2.0, 480 Mbps'ye kadar maksimum veri aktarım hızı sağlar, USB 3.0 - 5.0 Gbps'ye kadar) ve yalnızca veri aktarımı sağlamakla kalmaz, aynı zamanda düşük güçlü harici cihazlara da güç sağlar (maksimum akım USB veri yolunun güç hatlarından geçen tüketim cihazı, harici güç kaynaklarına olan ihtiyacı ortadan kaldıran USB 2.0 için 500 mA'yı ve USB 3.0 için 900 mA'yı geçmemelidir).

Kablosuz (kablosuz) arayüzler, özellikle küçük boyutlu, kablolarla kıyaslanabilir boyut ve ağırlıktaki cihazlar için önemli olan iletişim kablolarından uzaklaşmanızı sağlar. Kablosuz arayüzleri kullanma elektromanyetik dalgalar kızılötesi (IrDA) ve radyo frekans aralıkları (Bluetooth, USB kablosuz).

Kızılötesi bir IrDA arabirimi, iki cihaz arasında 1 metreye kadar kablosuz iletişim sağlar. Kızılötesi iletişim - IR (kızılötesi) bağlantı - sağlık için güvenlidir, radyo frekansı aralığında parazite neden olmaz ve iletimin gizliliğini sağlar. Kızılötesi ışınlar duvarlardan geçmez, bu nedenle alım alanı küçük, kolayca kontrol edilebilir bir alanla sınırlıdır.

Bluetooth (bluetooth), kısa mesafelerde gerçek zamanlı veri iletimi sağlayan kişisel ağları düzenlemek için düşük güçlü bir radyo arabirimidir (verici gücü yalnızca yaklaşık 1 mW). Her Bluetooth cihazının 2,4 GHz radyo vericisi ve alıcısı vardır. Radyo arayüzünün menzili yaklaşık 100 m'dir — standart bir evi kapsamak için.

Kablosuz USB (USB kablosuz) — yüksek bant genişliğine sahip kısa menzilli bir radyo arabirimi: 3 metreye kadar mesafede 480 Mbps ve 10 metreye kadar mesafede 110 Mbps. 3.1 — 10.6 GHz frekans aralığında çalışır.

Bir RS-232 (RS — Önerilen Standart) arabirimi iki aygıtı birbirine bağlar — bir bilgisayar ve bir veri aktarım aygıtı. İletim hızı 115 Kbps (maksimum), iletim mesafesi 15 m (maksimum), bağlantı şeması noktadan noktayadır.

Bu arayüzden gelen sinyaller (3 … 15) V'lik bir voltaj düşüşü ile iletilir, bu nedenle RS-232 iletişim hattının uzunluğu, kural olarak, düşük gürültü bağışıklığı nedeniyle birkaç metrelik bir mesafeyle sınırlıdır. En çok endüstriyel ekipmanlarda kullanılır, kişisel bir bilgisayarda "fare" tipi bir manipülatör, bir modem bağlamak için kullanılır. RS-232 arabirimi, yalnızca 2 cihazı bağladığından genellikle ağ oluşturmaya izin vermez.

Şekil 2 — DB9 tipi RS-232 konnektörü

RS-485 arabirimi, iki yönlü veri iletimi için yaygın olarak kullanılan yüksek hızlı, anti-sıkışma endüstriyel seri arabirimdir. Endüstriyel tasarımdaki hemen hemen tüm modern bilgisayarlar, çoğu sensör ve sürücü, RS-485 arayüzünün şu veya bu şekilde uygulanmasını içerir.

Veri iletimi ve alımı için bir çift bükümlü tel (bükümlü çift) yeterlidir.Veri iletimi, diferansiyel sinyaller kullanılarak gerçekleştirilir (orijinal sinyal bir kabloda ve ters kopyası diğerindedir.). Teller arasındaki bir polaritenin voltaj farkı mantıksal bir, diğer polaritenin farkı sıfır anlamına gelir.

Dış parazitin varlığında bitişik tellerdeki vuruşlar aynıdır ve sinyal tellerdeki potansiyel fark olduğu için sinyal seviyesi değişmeden kalır. Bu, yüksek gürültü bağışıklığı ve 1 km'ye kadar toplam iletişim hattı uzunluğu (ve özel cihazların - tekrarlayıcıların kullanımıyla daha fazlası) sağlar.

RS-485 arayüzü, yarı çift yönlü modda iki telli bir iletişim hattı üzerinden birkaç cihaz arasında veri alışverişi sağlar (alma ve iletim, bir çift zamana göre ayrılmış kablodan geçer). Proses kontrol sistemleri oluşturmak için endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır.

Ethernet (eter — eter) — çoğu yerel bilgisayar ağında kullanılan veri aktarım teknolojisi. Bu arabirim IEE 802.3 standardını temel alır.RS-485 arabirimi bire çok bazında düşünülebilirken, Ethernet çoktan çoğa bazında çalışır.

Bit hızına ve iletim ortamına bağlı olarak birkaç seçenek vardır:

• Ethernet — 10 Mb/sn

• Hızlı Ethernet — 100 Mb/sn

• Gigabit Ethernet — 1 Gb/sn

• 10 Gigabit Ethernet

İletim ortamı olarak koaksiyel kablo, bükümlü çift (düşük maliyetli, yüksek gürültü bağışıklığı) ve optik kablo (daha uzun hatların ve yüksek hızlı iletişim kanallarının oluşturulması) kullanılır.

Bükümlü çift (bükümlü çift) — bir tür iletişim kablosu, birlikte bükülmüş ve plastik bir kılıfla kaplanmış bir veya daha fazla yalıtılmış tel çiftidir.

Örneğin, FTP kablosu (bükümlü çift — indüklenen akımları boşaltmak için ortak bir folyo korumalı ve bakır iletkenli bükümlü çift), 4 çift (katı), kategori 5e (Şekil 3). Kablo, binalarda, yapılarda sabit kurulum ve yapısal kablo sistemlerinde çalışma için tasarlanmıştır. Üst sınırı 100 MHz olan frekans aralığında çalışan uygulamalar için tasarlanmıştır.

Şekil 3 — bükümlü çift: 1 — dış kılıf, 2 — folyo kalkan, 3 — toprak teli, 4 — koruyucu film, 5 — bükümlü çift

Fiziksel düzeyde Ethernet protokolü, mikroişlemcili sistemlere gömülü ağ kartları ve sistemleri birbirine bağlayan hub'lar şeklinde uygulanır.

Endüstriyel ağlar (Profinet, EtherNet / IP, EtherCAT, Ethernet Powerlink), daha önce geliştirilen Profibus, DeviceNet, CANopen, vb. ağlarla başarılı bir şekilde rekabet eden Ethernet temelinde oluşturulur.