Riistvaraliidesed

Liides (interaktsioon) on ühendus komponentide ja osaliste vahel mikroprotsessorsüsteemis.

V mikroprotsessori süsteem sisaldab: riistvara, tarkvara ja inimesi... Seetõttu eristatakse järgmist tüüpi liideseid:

• riistvaraliides;

• tarkvara liides;

• kasutajaliides.

Operatsioonisüsteemi pakutav programmeerimisliides (kui see on olemas). Levinumad kasutajaliidesed on graafiline liides (näiteks Microsoft Office Wordi redaktoris ikoonide või käsunuppudega arvuti töölaud) ja juhtkangi liides, kus valime menüüdes liikudes vajaliku käsu (näiteks mobiiltelefonid , programmeeritavad kontrollerid), mis on samuti teatud tüüpi GUI.

Riistvaraliides on siinide, pistikute, sobitusseadmete, algoritmide ja protokollide süsteem, mis tagab side mikroprotsessorsüsteemi kõigi osade vahel. Süsteemi jõudlus ja töökindlus sõltuvad liidese omadustest.

Sisseehitatud mikroprotsessorsüsteemides pakuvad riistvaraliidest protsessori mahalaadimiskontrollerid.Kontroller See on spetsiaalne mikroskeem, mis on loodud jälgimis- ja juhtimisfunktsioonide täitmiseks. Kontroller haldab seadme, näiteks kõvaketta, muutmälu, klaviatuuri tööd ja tagab selle seadme ühenduse teiste MS-is osalejatega.

Rehve juhivad sillad... Keerulises MS-is, näiteks personaalarvutis, on kesksel kohal «ChipSet» (ChipSet) - sildade ja kontrollerite komplekt. Kiibistik sisaldab kahte peamist kiipi, mida traditsiooniliselt nimetatakse lõunasillaks ja põhjasillaks (joonis 1). Põhjasild teenindab süsteemisiini, mälusiini, AGP-d (kiirendatud graafikaport) ja on arvuti peamine kontroller. Lõunasild käsitleb tööd välisseadmetega (PCI siin — I / O siin välisseadmete ühendamiseks).

Joonis 1 – andmevahetusorganisatsioonid personaalarvutites (PC)

Protsessori ja välisseadmete vahelise suhtluse korraldamine on nende suure mitmekesisuse tõttu kõige keerulisem.

Paralleelseid liideseid iseloomustab see, et nad kasutavad bittide edastamiseks eraldi signaaliliine ja bitte edastatakse samaaegselt. Klassikaline paralleelliides on LPT-port.

Andmeedastuse jadaliides kasutab ühte signaaliliini, mille kaudu edastatakse järjestikku üksteise järel teabebitte.

Lihtsaim jadaliides, mis on levinud nii arvutites kui ka tööstussüsteemides, on RS-232 standard, mille juurutab COM — pordid... Tööstusautomaatikas on laialdaselt kasutusel RS-485.

USB-siin (Universal Serial Bus) ühendab teie arvutiga mitmesuguseid välisseadmeid, sealhulgas mobiiltelefone ja tarbeelektroonikat.

Esimene liidese spetsifikatsioon kannab nime USB 1.0, praegu on kasutusel USB 2.0 spetsifikatsioon, kaasaegsed seadmed on ühendatud USB 3.0 spetsifikatsiooniga.

USB 2.0 standard sisaldab nelja rida: andmete vastuvõtt ja edastamine, +5 V toide ja korpus. Lisaks neile lisab USB 3.0 veel neli sideliini (2 vastuvõtmiseks ja kaks edastamiseks) ja korpuse.

USB siinil on suur ribalaius (USB 2.0 annab maksimaalse andmeedastuskiiruse kuni 480 Mbps, USB 3.0 — kuni 5,0 Gbps) ning see tagab mitte ainult andmeedastuse, vaid ka väikese võimsusega välisseadmete toiteallika (maksimaalne vool tarbimisseade USB siini toiteliinide kaudu, ei tohiks ületada 500 mA USB 2.0 ja 900 mA USB 3.0 puhul), mis välistab vajaduse väliste toiteallikate järele.

Juhtmevabad (juhtmevabad) liidesed võimaldavad sidekaablitest eemalduda, mis on eriti oluline väikeste, kaablitega võrreldavate mõõtmete ja kaaluga seadmete puhul. Traadita liideste kasutamine elektromagnetlained infrapuna (IrDA) ja raadiosagedusalad (Bluetooth, USB juhtmevaba).

Infrapuna-IrDA liides võimaldab traadita sidet kahe kuni 1 meetri kaugusel asuva seadme vahel. Infrapuna side - IR (infrapuna) ühendus - tervisele ohutu, ei tekita häireid raadiosagedusalas ja tagab ülekande privaatsuse. Infrapunakiired ei läbi seinu, mistõttu on vastuvõtuala piiratud väikese, kergesti juhitava alaga.

Bluetooth (sinihammas) on väikese võimsusega raadioliides (saatja võimsus ainult umbes 1 mW) isiklike võrkude korraldamiseks, mis tagab reaalajas andmeedastuse lühikestel vahemaadel. Igal Bluetooth-seadmel on 2,4 GHz raadiosaatja ja vastuvõtja. Raadioliidese ulatus on umbes 100 m — et katta standardmaja.

Juhtmeta USB (USB juhtmevaba) — suure ribalaiusega lähiraadioliides: 480 Mbps kuni 3 meetri kaugusel ja 110 Mbps kuni 10 meetri kaugusel. See töötab sagedusvahemikus 3,1–10,6 GHz.

RS-232 (RS — Recommended Standard) liides ühendab kaks seadet — arvuti ja andmeedastusseadme. Edastuskiirus on 115 Kbps (maksimaalne), edastuskaugus on 15 m (maksimaalne), ühendusskeem on punkt-punkti.

Selle liidese signaalid edastatakse (3 … 15) V pingelangusega, seetõttu on RS-232 sideliini pikkus madala mürakindluse tõttu reeglina piiratud mitme meetri kaugusel. Kõige sagedamini kasutatakse seda tööstusseadmetes, personaalarvutis kasutatakse seda "hiire" tüüpi manipulaatori, modemi ühendamiseks. RS-232 liides ei võimalda üldjuhul võrku luua, kuna see ühendab ainult 2 seadet.

Joonis 2 — DB9 tüüpi RS-232 pistik

RS-485 liides on laialdaselt kasutatav kiire segamisvastane tööstuslik jadaliides kahesuunaliseks andmeedastuseks. Peaaegu kõik kaasaegsed tööstusdisaini arvutid, enamik andureid ja draive sisaldavad üht või teist RS-485 liidese teostust.

Andmete edastamiseks ja vastuvõtmiseks piisab ühest keerdpaarist (keerdpaar).Andmeedastus toimub diferentsiaalsignaalide abil (algne signaal läheb ühele juhtmele ja selle pöördkoopia teisele.). Ühe polaarsuse pingeerinevus juhtmete vahel tähendab loogilist, teise polaarsuse erinevus nulli.

Väliste häirete korral on külgnevate juhtmete kraanid samad ja kuna signaal on juhtmete potentsiaalide erinevus, jääb signaali tase muutumatuks. See tagab kõrge mürakindluse ja sideliini kogupikkuse kuni 1 km (ja rohkem spetsiaalsete seadmete - repiiterite kasutamisel).

RS-485 liides võimaldab andmevahetust mitme seadme vahel kahejuhtmelise sideliini kaudu pooldupleksrežiimis (vastuvõtt ja edastamine läbivad ühe ajaliselt eraldatud juhtmepaari). Seda kasutatakse laialdaselt tööstuses protsesside juhtimissüsteemide loomiseks.

Ethernet (eeter — eeter) — enamikus kohalikes arvutivõrkudes kasutatav andmeedastustehnoloogia. See liides põhineb standardil IEE 802.3. Kui RS-485 liidest saab käsitleda põhimõttel üks-mitmele, siis Ethernet töötab mitu-mitmele põhimõttel.

Olenevalt bitikiirusest ja edastuskandjast on mitu võimalust:

• Ethernet - 10 Mbps

• Kiire Ethernet - 100 Mbps

• Gigabit Ethernet - 1 Gbps

• 10 Gigabit Ethernet

Edastuskandjatena kasutatakse koaksiaalkaablit, keerdpaari (madal hind, kõrge mürakindlus) ja optilist kaablit (pikemate liinide ja kiirete sidekanalite loomine).

Keerdpaar (keerdpaar) — sidekaabli tüüp, on üks või mitu paari isoleeritud juhtmeid, mis on kokku keeratud ja kaetud plastkestaga.

Näiteks FTP-kaabel (keerdpaar — keerdpaar ühise fooliumvarje ja vaskjuhtmega indutseeritud voolude ärajuhtimiseks), 4 paari (tahke), kategooria 5e (joonis 3). Kaabel on ette nähtud statsionaarseks paigaldamiseks hoonetesse, rajatistesse ja tööks struktureeritud kaablisüsteemides. Mõeldud rakendustele, mis töötavad sagedusalas ülempiiriga 100 MHz.

Joonis 3 – keerdpaar: 1 – väliskest, 2 – fooliumkilp, 3 – äravoolutraat, 4 – kaitsekile, 5 – keerdpaar

Füüsilisel tasandil rakendatakse Etherneti protokolli mikroprotsessorsüsteemidesse manustatud võrgukaartide ja jaoturite kujul, mis ühendavad süsteeme üksteisega.

Etherneti baasil on üles ehitatud tööstusvõrgud (Profinet, EtherNet / IP, EtherCAT, Ethernet Powerlink), mis konkureerivad edukalt varem arendatud võrkudega Profibus, DeviceNet, CANopen jne.