Hardver interfészek

Az interfész (interakció) egy mikroprocesszoros rendszer összetevői és résztvevői közötti kapcsolat.

V mikroprocesszoros rendszer magában foglalja: hardvert, szoftvert és embereket... Ezért a következő típusú interfészeket különböztetjük meg:

• hardver interfész;

• szoftver interfész;

• felhasználói felület.

Az operációs rendszer által biztosított programozási felület (ha van). A legelterjedtebb felhasználói felületek a grafikus felület (például a számítógépes asztal ikonokkal vagy parancsgombokkal a Microsoft Office Word szerkesztőben) és a joystick felület, ahol menükben navigálva választjuk ki a számunkra szükséges parancsot (például mobiltelefonon). , programozható vezérlők) , amely szintén egyfajta grafikus felhasználói felület.

A hardver interfész buszokból, csatlakozókból, illesztő eszközökből, algoritmusokból és protokollokból álló rendszer, amely kommunikációt biztosít a mikroprocesszoros rendszer minden része között. A rendszer teljesítménye és megbízhatósága az interfész jellemzőitől függ.

A beágyazott mikroprocesszoros rendszerekben a hardver interfészt a CPU tehermentesítő vezérlői biztosítják.Vezérlő Ez egy speciális mikroáramkör, amelyet felügyeleti és vezérlési funkciók elvégzésére terveztek. A vezérlő kezeli az eszköz működését, például a merevlemezt, a véletlen elérésű memóriát, a billentyűzetet, és biztosítja ennek az eszköznek a kapcsolatát az MS többi résztvevőjével.

A gumiabroncsokat hidak vezérlik... Az összetett MS-ben, például egy személyi számítógépben, a központi helyet a «ChipSet» (ChipSet) - hidak és vezérlők halmaza - foglalja el. A lapkakészlet két fő chipet tartalmaz, amelyeket hagyományosan déli hídnak és északi hídnak neveznek (1. ábra). Az északi híd a rendszerbuszt, a memóriabuszt, az AGP-t (gyorsított grafikus port) szolgálja ki, és a számítógép fő vezérlője. A déli híd kezeli a külső eszközökkel való munkát (PCI busz - I / O busz perifériás eszközök csatlakoztatásához).

1. ábra – Adatcsere-szervezetek személyi számítógépekben (PC-k)

A processzor és a külső eszközök közötti interakció megszervezése a legnehezebb, ezek nagy változatossága miatt.

A párhuzamos interfészek jellemzője, hogy külön jelvonalakat használnak a bitek továbbítására, és a biteket egyidejűleg továbbítják. A klasszikus párhuzamos interfész egy LPT port.

A soros adatátviteli interfész egyetlen jelvonalat használ, amelyen keresztül az információbitek sorban egymás után kerülnek továbbításra.

A legegyszerűbb soros interfész, amely mind a számítógépekben, mind az ipari rendszerekben elterjedt, az RS-232 szabvány, amelyet a COM — portok valósítanak meg... Az ipari automatizálásban széles körben használják az RS-485-öt.

Az USB (Universal Serial Bus) busz számos perifériaeszközt csatlakoztat a számítógéphez, beleértve a mobiltelefonokat és a szórakoztató elektronikai cikkeket.

Az első interfész specifikáció neve USB 1.0, jelenleg az USB 2.0 specifikáció használatos, a modern eszközök az USB 3.0 specifikációhoz csatlakoznak.

Az USB 2.0 szabvány négy sort tartalmaz: adatfogadás és -átvitel, +5 V tápegység és ház. Ezeken kívül az USB 3.0 további négy kommunikációs vonalat (2 vételre és kettő átvitelre) és egy tokot ad hozzá.

Az USB busz nagy sávszélességgel rendelkezik (az USB 2.0 maximum 480 Mbps, az USB 3.0 - akár 5,0 Gbps adatátviteli sebességet biztosít), és nem csak adatátvitelt, hanem tápellátást is biztosít az alacsony fogyasztású külső eszközök számára (maximális áramerősség). fogyasztási eszközt az USB-busz tápvezetékein keresztül, nem haladhatja meg az 500 mA-t USB 2.0 és a 900 mA-t USB 3.0 esetén), ami szükségtelenné teszi a külső tápegységeket.

A vezeték nélküli (vezeték nélküli) interfészek lehetővé teszik a kommunikációs kábelektől való távolodást, ami különösen fontos a kis méretű, a kábelekhez hasonló méretű és tömegű eszközöknél. Vezeték nélküli interfészek használata elektromágneses hullámok infravörös (IrDA) és rádiófrekvenciás tartományok (Bluetooth, USB vezeték nélküli).

Az infravörös IrDA interfész vezeték nélküli kommunikációt tesz lehetővé két, akár 1 méteres távolságban lévő eszköz között. Infravörös kommunikáció - IR (infravörös) kapcsolat - biztonságos az egészségre, nem okoz interferenciát a rádiófrekvenciás tartományban és biztosítja az átvitel titkosságát. Az infravörös sugarak nem hatolnak át a falakon, így a vételi terület egy kis, könnyen szabályozható területre korlátozódik.

A Bluetooth (blue tooth) egy kis fogyasztású rádiós interfész (az adó teljesítménye csak kb. 1 mW) személyi hálózatok szervezésére, amelyek valós idejű adatátvitelt biztosítanak rövid távolságokon. Minden Bluetooth-eszköz rendelkezik 2,4 GHz-es rádióadóval és -vevővel. A rádió interfész hatótávolsága körülbelül 100 m - egy szabványos ház lefedéséhez.

Vezeték nélküli USB (USB vezeték nélküli) – kis hatótávolságú rádióinterfész nagy sávszélességgel: 480 Mbps 3 méterig és 110 Mbps 10 méteres távolságig. A 3,1-10,6 GHz-es frekvenciatartományban működik.

Az RS-232 (RS – Recommended Standard) interfész két eszközt – egy számítógépet és egy adatátviteli eszközt – köt össze. Az átviteli sebesség 115 Kbps (maximum), az átviteli távolság 15 m (maximum), a csatlakozási séma pont-pont.

Erről az interfészről a jeleket (3…15) V-os feszültségesés továbbítja, ezért az RS-232 kommunikációs vonal hossza az alacsony zajtűrés miatt általában több méteres távolságra korlátozódik. Leggyakrabban ipari berendezésekben használják, személyi számítógépben "egér" típusú manipulátor, modem csatlakoztatására szolgál. Az RS-232 interfész általában nem teszi lehetővé a hálózatépítést, mivel csak 2 eszközt köt össze.

2. ábra – DB9 típusú RS-232 csatlakozó

Az RS-485 interfész egy széles körben használt nagy sebességű, zavarásgátló ipari soros interfész kétirányú adatátvitelhez. Szinte minden modern ipari tervezésű számítógép, a legtöbb érzékelő és meghajtó tartalmazza az RS-485 interfész egyik vagy másik megvalósítását.

Egy csavart érpár (csavart érpár) elegendő az adatátvitelhez és -vételhez.Az adatátvitel differenciáljelekkel történik (az egyik vezetéken az eredeti jel, a másikon a fordított másolata megy.). Az egyik polaritás feszültségkülönbsége a vezetékek között logikait, a másik polaritás különbsége nullát jelent.

Külső interferencia jelenlétében a szomszédos vezetékek leágazásai azonosak, és mivel a jel a vezetékek potenciálkülönbsége, a jelszint változatlan marad. Ez magas zajvédelmet biztosít, és a kommunikációs vonal teljes hosszát akár 1 km-ig (speciális eszközök - átjátszók használatával) is tovább növeli.

Az RS-485 interfész adatcserét biztosít több eszköz között egy kétvezetékes kommunikációs vonalon, half-duplex módban (a vétel és az átvitel egy pár, időelválasztott vezetéken halad keresztül). Az iparban széles körben használják folyamatvezérlő rendszerek létrehozására.

Ethernet (éter – éter) – a legtöbb helyi számítógépes hálózatban használt adatátviteli technológia. Ez az interfész az IEE 802.3 szabványon alapul. Míg az RS-485 interfész egy-a többhez alapon tekinthető, addig az Ethernet több a többhez alapon működik.

A bitsebességtől és az átviteli közegtől függően több lehetőség áll rendelkezésre:

• Ethernet - 10 Mbps

• Gyors Ethernet - 100 Mbps

• Gigabit Ethernet - 1 Gbps

• 10 Gigabit Ethernet

Átviteli közegként koaxiális kábelt, csavart érpárt (alacsony költség, magas zajvédelem) és optikai kábelt (hosszabb vonalak és nagy sebességű kommunikációs csatornák létrehozása) használnak.

Sodrott érpár (csavart érpár) – egyfajta kommunikációs kábel, egy vagy több pár szigetelt vezeték, amely össze van csavarva és műanyag burkolattal van lefedve.

Például FTP kábel (csavart érpár – sodrott érpár közös fóliaárnyékolással és rézvezetővel az indukált áramok elvezetésére), 4 pár (szilárd), 5e kategória (3. ábra). A kábelt épületekbe, építményekbe, valamint strukturált kábelrendszerekben végzett munkákra szánták. 100 MHz-es felső határú frekvenciatartományban működő alkalmazásokhoz tervezték.

3. ábra – csavart érpár: 1 – külső köpeny, 2 – fóliapajzs, 3 – lefolyóhuzal, 4 – védőfólia, 5 – csavart érpár

Fizikai szinten az Ethernet protokoll mikroprocesszoros rendszerekbe ágyazott hálózati kártyák és a rendszereket egymással összekötő hubok formájában valósul meg.

Az ipari hálózatok (Profinet, EtherNet / IP, EtherCAT, Ethernet Powerlink) Ethernet alapúak, amelyek sikeresen versenyeznek a korábban kifejlesztett Profibus, DeviceNet, CANopen stb. hálózatokkal.