Aparatūras saskarnes

Interfeiss (mijiedarbība) ir savienojums starp komponentiem un dalībniekiem mikroprocesoru sistēmā.

V mikroprocesoru sistēma ietver: aparatūru, programmatūru un cilvēkus... Tāpēc izšķir šādus saskarņu veidus:

• aparatūras saskarne;

• programmatūras saskarne;

• lietotāja interfeiss.

Programmēšanas saskarne, ko nodrošina operētājsistēma (ja tāda ir). Visizplatītākās lietotāja saskarnes ir grafiskais interfeiss (piemēram, datora darbvirsma ar ikonām vai komandu pogām Microsoft Office Word redaktorā) un kursorsviras interfeiss, kurā mēs izvēlamies vajadzīgo komandu, pārvietojoties izvēlnēs (piemēram, mobilajos tālruņos). , programmējamie kontrolleri), kas arī ir GUI veids.

Aparatūras saskarne ir kopņu, savienotāju, saskaņošanas ierīču, algoritmu un protokolu sistēma, kas nodrošina saziņu starp visām mikroprocesoru sistēmas daļām. Sistēmas veiktspēja un uzticamība ir atkarīga no saskarnes īpašībām.

Iegultās mikroprocesoru sistēmās aparatūras saskarni nodrošina CPU noslodzes kontrolleri.Kontrolieris Tā ir specializēta mikroshēma, kas paredzēta uzraudzības un vadības funkciju veikšanai. Kontrolieris pārvalda ierīces darbību, piemēram, cieto disku, brīvpiekļuves atmiņu, tastatūru, un nodrošina šīs ierīces savienojumu ar citiem MS dalībniekiem.

Riepas tiek vadītas ar tiltiem... Sarežģītās MS, piemēram, piemēram, personālais dators, centrālo vietu ieņem «ChipSet» (ChipSet) - tiltu un kontrolieru komplekts. Mikroshēmā ir divas galvenās mikroshēmas, kuras tradicionāli sauc par dienvidu tiltu un ziemeļu tiltu (1. attēls). Ziemeļu tilts apkalpo sistēmas kopni, atmiņas kopni, AGP (paātrinātās grafikas ports) un ir galvenais datora kontrolieris. Dienvidu tilts nodrošina darbu ar ārējām ierīcēm (PCI kopne — I / O kopne perifērijas ierīču pievienošanai).

1. attēls — datu apmaiņas organizācijas personālajos datoros (personālajos datoros)

Procesora un ārējo ierīču mijiedarbības organizēšana ir visgrūtākā to lielās daudzveidības dēļ.

Paralēlās saskarnes raksturojas ar to, ka tās izmanto atsevišķas signāla līnijas, lai pārraidītu bitus, un biti tiek pārraidīti vienlaicīgi. Klasiskais paralēlais interfeiss ir LPT ports.

Sērijas datu pārraides saskarne izmanto vienu signāla līniju, pa kuru informācijas biti tiek pārraidīti secīgi viens pēc otra.

Vienkāršākais seriālais interfeiss, kas kļuvis plaši izplatīts gan datoros, gan industriālajās sistēmās, ir RS-232 standarts, ko realizē COM — porti... Rūpnieciskajā automatizācijā to plaši izmanto RS-485.

USB (Universal Serial Bus) kopne savieno ar datoru dažādas perifērijas ierīces, tostarp mobilos tālruņus un plaša patēriņa elektronikas ierīces.

Pirmā saskarnes specifikācija tiek saukta par USB 1.0, pašlaik tiek izmantota USB 2.0 specifikācija, modernās ierīces ir savienotas ar USB 3.0 specifikāciju.

USB 2.0 standartā ir četras līnijas: datu saņemšana un pārraide, +5 V barošanas avots un korpuss. Papildus tiem USB 3.0 pievieno vēl četras sakaru līnijas (2 uztveršanai un divas pārraidei) un korpusu.

USB kopnei ir liels joslas platums (USB 2.0 nodrošina maksimālo datu pārraides ātrumu līdz 480 Mbps, USB 3.0 — līdz 5,0 Gbps) un nodrošina ne tikai datu pārraidi, bet arī barošanu mazjaudas ārējām ierīcēm (maksimālā strāva patēriņa ierīce, izmantojot USB kopnes barošanas līnijas, nedrīkst pārsniegt 500 mA USB 2.0 un 900 mA USB 3.0), kas novērš nepieciešamību pēc ārējiem barošanas avotiem.

Bezvadu (bezvadu) saskarnes ļauj attālināties no sakaru kabeļiem, kas ir īpaši svarīgi maza izmēra ierīcēm, kas pēc izmēra un svara ir salīdzināmas ar kabeļiem. Izmantojot bezvadu saskarnes elektromagnētiskie viļņi infrasarkanais (IrDA) un radiofrekvenču diapazoni (Bluetooth, USB bezvadu).

Infrasarkanais IrDA interfeiss nodrošina bezvadu sakarus starp divām ierīcēm līdz 1 metra attālumā. Infrasarkanie sakari - IR (infrasarkanais) savienojums - drošs veselībai, nerada traucējumus radiofrekvenču diapazonā un nodrošina pārraides privātumu. Infrasarkanie stari neiziet cauri sienām, tāpēc uztveršanas zona ir ierobežota līdz nelielai, viegli vadāmai zonai.

Bluetooth (blue tooth) ir mazjaudas radio interfeiss (raidītāja jauda tikai aptuveni 1 mW) personālo tīklu organizēšanai, kas nodrošina reāllaika datu pārraidi nelielos attālumos. Katrai Bluetooth ierīcei ir 2,4 GHz radio raidītājs un uztvērējs. Radio saskarnes darbības rādiuss ir aptuveni 100 m — lai aptvertu standarta māju.

Bezvadu USB (USB bezvadu) — maza darbības attāluma radio saskarne ar lielu joslas platumu: 480 Mbps attālumā līdz 3 metriem un 110 Mbps attālumā līdz 10 metriem. Tas darbojas frekvenču diapazonā no 3,1 līdz 10,6 GHz.

RS-232 (RS — ieteicamais standarts) interfeiss savieno divas ierīces — datoru un datu pārsūtīšanas ierīci. Pārraides ātrums ir 115 Kbps (maksimums), pārraides attālums ir 15 m (maksimums), savienojuma shēma ir no punkta uz punktu.

Signāli no šīs saskarnes tiek pārraidīti ar sprieguma kritumu (3 … 15) V, tāpēc RS-232 sakaru līnijas garums parasti ir ierobežots līdz vairāku metru attālumam zemās trokšņu noturības dēļ. To visbiežāk izmanto rūpnieciskajās iekārtās, personālajā datorā pieslēdz "peles" tipa manipulatoru, modemu. RS-232 interfeiss parasti neļauj izveidot tīklu, jo tas savieno tikai 2 ierīces.

2. attēls — DB9 tipa RS-232 savienotājs

RS-485 interfeiss ir plaši izmantots ātrgaitas prettraucēšanas industriālais seriālais interfeiss divvirzienu datu pārraidei. Gandrīz visi mūsdienu datori rūpnieciskajā dizainā, lielākā daļa sensoru un disku satur vienu vai otru RS-485 interfeisa ieviešanu.

Datu pārraidei un saņemšanai pietiek ar vienu vītā vadu pāri (vītā pāra).Datu pārraide tiek veikta, izmantojot diferenciālos signālus (sākotnējais signāls iet pa vienu vadu, bet tā reversā kopija atrodas otrā). Vienas polaritātes sprieguma starpība starp vadiem nozīmē loģisku, otras polaritātes atšķirība ir nulle.

Ārēju traucējumu klātbūtnē blakus esošo vadu krāni ir vienādi, un, tā kā signāls ir vadu potenciāla atšķirība, signāla līmenis paliek nemainīgs. Tas nodrošina augstu trokšņu noturību un kopējo sakaru līnijas garumu līdz 1 km (un vairāk, izmantojot īpašas ierīces - atkārtotājus).

RS-485 interfeiss nodrošina datu apmaiņu starp vairākām ierīcēm pa divu vadu sakaru līniju pusdupleksā režīmā (uztveršana un pārraide notiek caur vienu laika atdalītu vadu pāri). To plaši izmanto rūpniecībā, lai izveidotu procesu vadības sistēmas.

Ethernet (ēteris — ēteris) — datu pārraides tehnoloģija, ko izmanto lielākajā daļā vietējo datortīklu. Šī saskarne ir balstīta uz standartu IEE 802.3. Lai gan RS-485 interfeisu var uzskatīt par vienu pret daudziem, Ethernet darbojas pēc principa "daudzi pret daudziem".

Atkarībā no bitu pārraides ātruma un pārraides vides ir vairākas iespējas:

• Ethernet - 10 Mbps

• Fast Ethernet — 100 Mbps

• Gigabit Ethernet — 1 Gbps

• 10 gigabitu Ethernet

Kā pārraides nesēji tiek izmantoti koaksiālais kabelis, vītā pāra (zemas izmaksas, augsta trokšņu noturība) un optiskais kabelis (garāku līniju un ātrgaitas sakaru kanālu izveide).

Vītā pāra (vītā pāra) — sakaru kabeļa veids, ir viens vai vairāki izolētu vadu pāri, kas savīti kopā un pārklāti ar plastmasas apvalku.

Piemēram, FTP kabelis (vītā pāra — vītā pāra ar kopēju folijas vairogu un vara vadītāju inducēto strāvu novadīšanai), 4 pāri (ciets), kategorija 5e (3. attēls). Kabelis paredzēts stacionārai uzstādīšanai ēkās, būvēs un darbam strukturētās kabeļu sistēmās. Paredzēts lietojumiem, kas darbojas frekvenču diapazonā ar augšējo robežu 100 MHz.

3. attēls — vītā pāra: 1 — ārējais apvalks, 2 — folijas vairogs, 3 — drenāžas stieple, 4 — aizsargplēve, 5 — vītā pāra

Fiziskā līmenī Ethernet protokols tiek realizēts mikroprocesoru sistēmās iegultu tīkla karšu veidā un centrmezglos, kas savieno sistēmas viena ar otru.

Uz Ethernet bāzes ir būvēti industriālie tīkli (Profinet, EtherNet / IP, EtherCAT, Ethernet Powerlink), kas veiksmīgi konkurē ar iepriekš izstrādātajiem tīkliem Profibus, DeviceNet, CANopen u.c.