Интерфейсы различают по таким характеристикам, как структура связей, способ подключения и передачи данных, принципы управления и синхронизации.
Способ взаимодействия физических устройств («Железный» интерфейс, чаще всего речь идёт о компьютерных портах)
§ Сетевой интерфейс
§ Сетевой шлюз — устройство, соединяющее локальную сеть с более крупной, например, Интернетом
§ Шина (компьютер)
Способ взаимодействия виртуальных устройств (Программный интерфейс)
§ Интерфейс функции
§ Интерфейс программирования приложений (API): набор стандартных библиотечных методов, которые программист может использовать для доступа к функциональности другой программы.
§ Вызов удалённых процедур
§ COM-интерфейс
§ Интерфейс (ООП)
Способ взаимодействия человек-машина (Интерфейс пользователя)
Совокупность средств, при помощи которых пользователь взаимодействует с различными программами и устройствами.
§ Интерфейс командной строки: инструкции компьютеру даются путём ввода с клавиатуры текстовых строк (команд).
§ Графический интерфейс пользователя: программные функции представляются графическими элементами экрана.
§ Диалоговый интерфейс: например, Поиск
§ Естественно-языковой интерфейс: пользователь «разговаривает» с программой на родном ему языке.
§ Тактильный интерфейс: руль, джойстик и т. д.
§ Нейрокомпьютерный интерфейс (англ. brain-computer interface): отвечает за обмен между нейронами и электронным устройством при помощи специальных имплантированных электродов.
Вопрос-15
SPI - популярный интерфейс для последовательного обмена данными между микросхемами. Интерфейс SPI, наряду с I2C, относится к самым широко-используемым интерфейсам для соединения микросхем. Его наименование является аббревиатурой от 'Serial Peripheral Bus', что отражает его предназначение - шина для подключения внешних устройств. Шина SPI организована по принципу 'ведущий-подчиненный'. Главным составным блоком интерфейса SPI является обычный сдвиговый регистр, сигналы синхронизации и ввода/вывода битового потока которого и образуют интерфейсные сигналы. При необходимости подключения к шине SPI нескольких микросхем используется либо независимое (параллельное) подключение (рис. 2), либо каскадное (последовательное) Шина межмикросхемного управления Inter-Integrated Circuit (или имеющая альтернативные обозначения IIC, I2C или будем дальше упрощенно ее именовать I2C) была разработана в начале 80-х годовЗадачей появления шины I2C являлось перейти от параллельной передачи данных, неизбежно имеющей число проводников равное разрядности шины, что значительно затрудняло разводку печатных плат и создавало массу других проблем, к последовательной передаче данных по трем проводам. Каждое устройство на шине I2C распознается по уникальному адресу и может работать как передатчик или приёмник, в зависимости от назначения устройства.
Кроме того, устройства могут быть классифицированы как ведущие и ведомые при передаче данных. Ведущий - это устройство, которое инициирует передачу данных и вырабатывает сигналы синхронизации. При этом любое адресуемое устройство считается ведомым по отношению к ведущему. RS-232C - популярный асинхронный последовательный протокол, применяемый для связи компьютеров с модемами и другими периферийными устройствами. Его с большой уверенность можно отнести к самому «древнему» протоколу, используемому в компьютерной и периферийной технике с 1969 года. Интерфейс RS-232C предусматривает передачу и приём информации по несимметричной линии, то есть сигнал передаётся относительно общего провода. Логической единице соответствует уровень -12 …-3В, логическому нулю +3…+12В.
При асинхронной передаче каждый символ (байт) пересылается отдельной посылкой. Посылка начинается со старт-бита, сигнализирующего приёмнику о начале посылки, за которым следуют биты данных и, возможно, бит паритета (чётности). Завершает посылку стоп-бит, гарантирующий паузу между посылками. Как и в случае анализа информации при декодировании шин I2C и SPI, так и при декодировании протокола RS-232 представляется возможным производить поиск отдельных пакетов содержащих заданную информацию.
Вопрос-16
Универсальная последовательная шина (USB) стала чрезвычайно популярной за счет предоставления ряда удобств конечным пользователям, позволяет идентифицировать подключенное устройство без необходимости рестарта компьютера. Реализовать интерфейс USB во внешнем устройстве можно двумя способами:
1. С помощью микроконтроллера, у которого интерфейс USB реализован аппаратно.
2. Использование универсального преобразователя интерфейсов: USB и любого другого. В качестве другого интерфейса обычно используется RS232, 8-разрядная шина данных или шина TWI.
Вопрос-17
Интерфейс LPT также часто называют параллельным (имеется ввиду параллельный порт). Из его названия следует, что обмен данными происходит в этом интерфейсе параллельно Это означает, что биты передаются не один за другим, как это делается в последовательных интерфейсах, а несколько бит передаются одновременно (паралельно), или, точнее, рядом, друг возле друга. То число бит, которое может быть передано за один такт, определяет разрядность интерфейса. Интерфейс LPT является 8-разрядным. Сегодня параллельный порт есть в каждом компьютере. Первоначально он предназначался исключительно для подключения принтера (LPT означает Line PrinTer), но впоследствии стали появляться и другие устройства: сканеры, мобильные дисководы, цифровые фотоаппараты, так что сейчас работа параллельного интерфейса не ограничивается только принтером, хотя в большинстве случаев это именно так и есть. LPT - это название стандартного параллельного порта, самого первого, который сейчас уже вряд ли можно найти даже на рынке. Стандартный параллельный порт, которым обладали самые первые персональные компьютеры, им оснащенные, был предназначен только для односторонней передачи данных от PC к принтеру. Он обеспечивает пропускную способность от 120 до 200 Kb/s. Как уже было сказано, он устарел.
Вопрос-18
Микроконтроллеры AVR представляют собой мощный инструмент для создания современных высокопроизводительных и экономичных многоцелевых контроллеров. Области применения AVR многогранны - от простейших игрушек и интеллектуальных датчиков до сложных промышленных систем управления и контроля и современного телекоммуникационного оборудования.
Можно выделить две главных тенденции развития общего рынка микроконтроллеров. Во-первых, наиболее интенсивно развиваются высокопроизводительные 32-разрядные микроконтроллеры и микропроцессоры с богатыми периферийными возможностями.
Во-вторых, исторически самый большой сегмент этого рынка - однократно программируемые (ОТР) и масочные микроконтроллеры - постоянно сокращается из-за быстрого развития и удешевления Flash-технологии и замещается Flash-версиями. Программная среда разработки AVR Studio появилась практически одновременно с выходом AVR-микроконтроллеров и за время своего существования прошла большой путь. Первые версии пакета содержали текстовый редактор, ассемблер, компоновщик и симулятор. В качестве внешнего языка высокого уровня использовался коммерческий C-компилятор шведской компании IAR, впоследствии добавилась возможность подключать бесплатный компилятор GCC, версия WinAVR. К началу выпуска микроконтроллеров на ядре AVR32 был разработан пакет AVR32 Studio, версии под Windows и Linux. На следующем витке развития, в пятой версии, пакет AVR Studio объединил поддержку всех AVR-микроконтроллеров, то есть теперь он включает два ассемблера, 8-разрядный и 32-разрядный, а также оба GNU C-компилятора. Компания Atmel распространяет большое количество фирменных отладочных средств, предназначенных для поддержки разработок с использованием микроконтроллеров AVR (tiny, mega, Xmega) и AVR32 UC3 (AT32UC3). Выпущенные в последнее время отладочные средства компании уже ориентированы на поддержку кристаллов обеих архитектур. Это привело к формированию нового поколения средств разработки, выстроенных в едином стиле для двух микроконтроллерных платформ разного класса.
4. АРХИТЕКТУРА МИКРОКОНТРОЛЛЕРА
Контроллером в технике регулирования считается управляющее устройство,
осуществляющее регулирующие или контролирующие функции в системе.
Контроллер, реализованный на одном кристалле, называется микроконтроллером.
Современный микроконтроллер является большой цифровой интегральной схемой,
объединяющей миллионы, выполненных по микронным технологиям, транзисторов.
Типовая структура микроконтроллера изображена на рис. 1.1. Микроконтроллер
состоит из трех, связанных системными шинами, элементов: процессорного
ядра, памяти и набора программируемых функциональных блоков различного
назначения.
Процессорное ядро является основой МК. В настоящее время известны четыре общих архитектурных принципа в той илииной мере, реализуемых в любом ПЯ.По организации памяти различаются:- Неймановская архитектура – характеризуется общим пространством памятидля хранения данных и программы. - Гарвардская архитектура – отличается разделением памяти программ и памятиданных.По системе команд различаются: - CISC архитектура – архитектура с развитой системой команд. Система командПЯ имеет инструкции разного формата: однобайтовые, двухбайтовые,трехбайтовые.- RISC архитектура – архитектура с сокращенным набором команд. AVR-архитектура, на основе которой построены микроконтроллеры семейства AT90S, объединяет мощный гарвардский RISC-процессор с раздельным доступом к памяти программ и данных, 32 регистра общего назначения, каждый из которых может работать как регистр- аккумулятор, и развитую систему команд фиксированной 16-бит длины. Большинство команд выполняются за один машинный такт с одновременным исполнением текущей и выборкой следующей команды, что обеспечивает производительность до 1 MIPS на каждый МГц тактовой частоты.
Гарвардская архитектура AVR реализует полное логическое и физическое разделение не только адресных пространств, но и информационных шин для обращения к памяти программ и к памяти данных. Способы адресации и доступа к ним также различны. Такое построение уже ближе к структуре скоростных цифровых сигнальных процессоров и обеспечивает существенное повышение производительности за счет:
а) одновременной работы центрального процессора, как с памятью программ, так и с памятью данных;
б) расширения до 16 бит разрядной сетки шины данных памяти программ 32 регистра общего назначения образуют регистровый файл быстрого доступа, где каждый регистр напрямую связан с АЛУ. Регистровый файл также доступен как часть памяти данных. 6 из 32-х регистров могут использоваться как три 16-разрядных регистра-указателя для косвенной адресации. Все микроконтроллеры AVR имеют встроенную FLASH ROM с возможностью внутрисхемного программирования через последовательный 4-проводной интерфейс. Периферия МК AVR включает: таймеры-счётчики, широтно-импульсные модуляторы, поддержку внешних прерываний, аналоговые компараторы, 10-разрядный 8-канальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), параллельные порты (от 3 до 48 линий ввода и вывода), интерфейсы UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter – универсальный асинхронный последовательный приемопередатчик) и SPI (Serial Peripheral Interface – синхронный последовательный интерфейс), сторожевой таймер и устройство сброса по включению питания. Все эти качества превращают AVR-микроконтроллеры в мощный инструмент для построения современных, высокопроизводительных и экономичных контроллеров различного назначения. Области применения AVR многогранны [5]. Для семейства "tiny" - это интеллектуальные автомобильные датчики различного назначения, игрушки, игровые приставки, материнские платы персональных компьютеров, контроллеры защиты доступа в мобильных телефонах, зарядные устройства, детекторы дыма и пламени, бытовая техника, разнообразные инфракрасные пульты дистанционного управления. Для семейства "classic" - это модемы различных типов, современные зарядные устройства, изделия класса Smart Cards и устройства чтения для них, спутниковые навигационные системы для определения местоположения автомобилей на трассе, сложная бытовая техника, пульты дистанционного управления, сетевые карты, материнские платы компьютеров, сотовые телефоны нового поколения, а также различные и разнообразные промышленные системы контроля и управления. Для "mega" AVR - это аналоговые и цифровые мобильные телефоны, принтеры и ключевые контроллеры для них, контроллеры аппаратов факсимильной связи и ксероксов, контроллеры современных дисковых накопителей, CD-ROM и т.д.
Вопрос-19
Это часть программы, которая автоматически вызывается в заданный момент. Функция-прерывание обозначается словом «ISR», в скобках после которого идет имя вектора прерывания.
Система прерываний AVR-микроконтроллеров обслуживает несколько источников. В младших адресах памяти программ находится таблица прерываний, в которой записываются вектора для каждого из обслуживаемых прерываний. Каждое прерывание имеет индивидуальный бит разрешения, также есть бит общего разрешения прерываний. Вектор прерывания занимает один или два адреса памяти программ в зависимости от размера памяти конкретного микроконтроллера (следует еще раз отметить, что шина команд — 16-разрядная). Прерывания, размещенные по младшим адресам, имеют более высокий приоритет, в нулевом адресе таблицы находится вектор прерывания «Сброс».
В обычном режиме после снятия сигнала низкого уровня на входе «Сброс» начинает выполняться программа по вектору, указанному в нулевом адресе. Если же установлен установочный бит загрузчика BOOTRST, по сбросу стартует программа, размещенная в загрузочной области памяти микроконтроллера. Эта функция позволяет, например, загружать в ПЗУ две различные программы, и, управляя состоянием бита BOOTRST, запускать любую из них без перепрограммирования всего объема Flash-памяти.
При входе в прерывние бит общего разрешения прерываний сбрасывается и все прерывания запрещаются. В программе-обработчике прерывания можно снова установить этот бит, и, таким образом, вновь разрешить прерывания.
Существует два типа прерываний. Первый тип — триггерный, при этом устанавливается флажок прерывания. Второй тип прерываний не имеет соответствующего флажка, и такое прерывание может быть потеряно, если в это время бит общего разрешения прерываний был сброшен. Для запрещения и разрешения прерываний в системе команд есть соответствующие инструкции — CLI и STI.
Время отклика на любое прерывание занимает 4 периода тактовой частоты. Если прерывание происходит во время выполнения длинной команды, эта команда корректно завершается до начала обработки прерывания. Если прерывание происходит в то время, когда контроллер находился в режиме ожидания, добавляются еще 4 такта для перехода контроллера в активный режим. Возврат из прерывания также занимает 4 периода тактовой частоты.
Вопрос-20
Датчик, сенсор (от англ. sensor) — термин систем управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал. [1]
§ В настоящее время различные датчики широко используются при построении систем автоматизированного управления.
studopedia.org - Студопедия.Орг - 2014-2024 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования(0.013 с)...
