авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 |

«МИНОБРНАУКИ РОССИИ УДК 002.56(075.8) ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ ...»

-- [ Страница 9 ] --

Таблица 4. Назначение выводов разъема USB Контакт Цепь 1 VCC 2 -Data 3 +Data 4 Ground Разъемы, типа «А» применяются для подключения к хабам (upstream connector). Они устанавливаются на кабелях, не отсоединяемых от устройств (например, от клавиатуры, мы ши и т. п.). Ответная часть к ним устанавливается на нисходящих портах (downstream port) хабов.

Разъемы типа «В» (downstream connector) устанавливаются на устройствах, от которых соединительный кабель может отсоединяться (например, на принтеры и сканеры). Его ответ ная часть устанавливается на соединительном кабеле, противоположный конец которого имеет разъем типа «А».

Разъемы типов А и В различаются механически, что исключает возможность петлевых соединений портов хабов, которые недопустимы в USB. Четырехконтактные разъемы имеют ключи, исключающие неправильное присоединение. Конструкция разъемов обеспечивает более позднее соединение и раннее отсоединение сигнальных цепей по сравнению с питаю щими. Для облегчения распознавания разъема USB на корпусе устройства ставится обозна чение, приведенное на рис. 4.77.

Рис. 4.77. Обозначение разъема USB Питание устройств USB возможно как от кабеля (bus-powered devices), rat и от собст венного блока питания (self-powered devices). Хост обеспечивает питанием непосредственно к нему подключенные устройства. Каждый хаб (устройство с несколькими портами), в свою очередь, обеспечивает питание устройств, подключенных к его нисходящим портам. При не которых ограничениях топологии USB допускает применение хабов питающихся от шины.

На рис. 4.78 приведен пример схемы соединения устройств USB. Здесь клавиатура, перо и мышь могут питаться от шины.

USB имеет развитую систему управления энергопотреблением. Хост-компьютер может иметь собственную систему управления энергопотреблением (power management system), к которой логически подключается и одноименная система USB. Программное обеспечение USB взаимодействует с этой системой, поддерживая такие системные события, как приоста нов (SUSPEND) или восстановление (RESUME). Кроме того, устройства USB могут сами яв ляться источниками событий, отрабатываемых системой управления энергопотреблением.

Рис. 4.78. Пример подключения устройств USB Шина IEEE 1394 – FireWire Стандарт для высокопроизводительной последовательной шины (High Performance Se rial Bus), получивший официальное название IEEE 1394, был принят в 1995 году. Целью раз работки являлось создание шины, не уступающей по производительности современным стандартным параллельным шинам, при существенном удешевлении и повышении удобств подключения, достижимом при переходе на последовательный интерфейс. Стандарт основан на шине FireWire, используемой фирмой Apple Computer в качестве дешевой альтернативы шины SCSI в компьютерах Macintosh и PowerMac. Название FireWire (огненный провод) те перь применяется и к реализациям IEEE 1394, это название сосуществует и кратким обозна чением 1394.

Преимущества FireWire перед другими последовательными шинами:

- Многофункциональность: шина обеспечивает цифровую связь до 63 устройств без применения дополнительной аппаратуры (хабов). Устройства – цифровые камкодеры, скане ры, принтеры, камеры для видеоконференций, дисковые накопители – могут обмениваться данными не только с PC (необязательного для шины), но и между собой. FireWire по инициа тиве VESA является кандидатом на стандарт для «домашней сети».

- Высокая скорость обмена и изохронные передачи позволяют даже на начальном уровне (100 Мбит/с) передавать по шине одновременно два канала «живого видео» (30 кад ров в секунду) широковещательного качества и стереоаудиосигнал с качеством CD.

- Низкая (относительно) цена компонентов и кабеля.

- Легкость установки и использования. FireWire расширяет систему Plug and Play.

Устройства автоматически распознаются и конфигурируются при включении и отключении.

Питание от шины (током до 1,5 А) позволяет подключенным устройствам общаться с систе мой даже при отключении их питания. Управлять шиной и другими устройствами могут не только PC, но и другие «интеллектуальные» устройства.

Структура и взаимодействие устройств шины Стандарт 1394 определяет две категории шин: кабельные шины и кросс-шины (back plane). Под кросс-шинами подразумеваются обычно параллельные интерфейсы, объединяю щие внутренние подсистемы устройства, подключенного к кабелю 1394.

В отличие от USB, управляемой одним хост-контроллером, стандарт 1394 предполагает соединение возможно равноправных устройств в сеть. Сеть может состоять из множества шин, соединенных мостами. В пределах одной шины устройства объединяются соедини тельными кабелями без применения каких-либо дополнительных устройств. Мосты пред ставляют собой специальные интеллектуальные устройства. Интерфейс PC с шиной FireWire представляет собой мост PCI – 1394, мостами являются также и соединения кабельной шины 1394 с кросс-шинами устройств. 16-битная адресация узлов сети допускает до 63 устройств в каждой шине, адресуемых 6-битным полем идентификатора узла. 10-битное поле идентифи катора шины допускает использование в системе до 1023 мостов, соединяющих шины воз можно разного типа.

Кабельная шина представляет собой сеть, состоящую из узлов и (необязательно) ка бельных мостов. Гибкая топология позволяет строить сети, сочетающие древовидную и це почечную архитектуры (рис. 4.79). Каждый узел обычно имеет три равноправных соедини тельных разъема.

Рис. 4.79. Соединение устройств на шине FireWire Допускается множество вариантов подключения устройств, удовлетворяющих сле дующим ограничениям:

- между любой парой узлов может быть не более 16 кабельных сегментов;

- длина сегмента стандартного кабеля не должна превышать 4,5 м;

- суммарная длина кабеля не должна превышать 72 м (применение более качественно го кабеля позволяет использовать и более длинные кабели).

Некоторые устройства могут иметь только один разъем, что несколько ограничивает возможные варианты их местоположения. Стандарт допускает и до 27 разъемов на одном устройстве.

Стандарт предусматривает связь узлов с помощью 6-проводного кабеля, заключенного в общий экран. Две витые пары используются для передачи сигналов (раздельные для при емника и передатчика), два провода используются для питания устройств (8-40 В, до 1,5 А).

Для гальванической развязки интерфейса используются трансформаторы (напряжение изо ляции развязки до 500 В) или конденсаторы (в дешевых устройствах с напряжением развязки до 60 В относительно общего провода).

Представление о разъемах дает рис. 4.80. Некоторые устройства (например, камкодеры Sony DCR-VX700 и DCR-VX1000, а также DHR-1000 DVCR) имеют только один 4 контактный разъем меньшего размера, у которого имеются только сигнальные цепи. Эти устройства могут подключаться к шине через специальный переходной кабель только как оконечные (хотя в принципе возможно и применение специальных адаптеров разветвителей).

Рис. 4.80. Соединитель FireWire Стандарт 1394 определяет три возможные частоты передачи сигналов по кабелям:

98,304, 196,608 и 393,216 Мбит/с, которые округляют до 100, 200 и 400 Мбит/с. Эти частоты в стандарте обозначаются как S100, S200 и S400.

Бытовые устройства обычно поддерживают S100, большинство адаптеров поддержи вают S200. К одной шине могут подключаться устройства, рассчитанные на разные скорости.

При этом обмен будет происходить на согласованной скорости – минимальной для всех ак тивных узлов. Однако, если хост-контроллер реализует карту топологии и скоростей (Тороlogy_Мар и Speed_Map), возможно использование нескольких частот в одной шине, в соответствии с возможностями конкретной пары, участвующей в обмене.

Система допускает динамическое (горячее) подключение и отключение устройств.

Идентификаторы подключаемым устройствам назначаются автоматически, без участия поль зователя. Изменения топологии (состава подключенных устройств) автоматически отслежи ваются шиной и передаются управляющему ПО.

Синонимы и дополнения стандарта 1ЕЕЕ Одна и та же высокопроизводительная шина, рассматриваемая в данном разделе, имеет множество псевдонимов:

- IEEE 1394-1995 Standard for a High Performance Serial Bus – полное название доку мента, описывающего стандарт, действующий в настоящее время.

- FireWire – торговая марка реализации IEEE-1394 фирмой Apple Computer, Inc.

- Р1394 – название предварительной версии IEEE-1394 (до принятия в декабре г.).

- DigitalLink – торговая марка Sony Corporation, используемая применительно к реали зации IEEE-1394 в цифровых камерах.

- MultiMedia Connection – имя, используемое в логотипе 1394 High Performance Serial Bus Trade Association (1394TA).

Поскольку фирма Apple разрабатывала концепцию FireWire еще с 1986 года, имя Fire Wire является самым распространенным синонимом IEEE 1394.

Кроме основного стандарта IEEE 1394-1995 имеется (и разрабатывается) его несколько модификаций, направленных на развитие и уточнение стандарта:

• 1394а рассматривается как чистовой документ, заполняющий некоторые пробелы ис ходного стандарта и имеющий небольшие изменения (например, ускоренная операция сбро са на шине). Продуктам 1394а обеспечена обратная совместимость даже с первыми камкор дерами Sony, выпущенными до принятия основного стандарта. Версия вводилась для повы шения скорости до 800 Мбит/с.

• 1394.1 определяет 4-проводный соединитель и устанавливает стандарт на шинные мосты. Мосты позволяют увеличить расстояние между устройствами (без них максимум – 4,5 м), что критично для сетей, а также сегментировать изохронный график.

• 1394.2 предполагается как стандарт на соединение кластера станций со скоростью об мена 1 Гбит/с и выше, несовместимый с 1394. Этот стандарт имеет корни в стандарте IEEE 1596 SCI (Scalable Coherent Interface) для суперкомпьютеров и иногда называется «Serial Ex press» или «SCILite». Сигнальный интерфейс 1394.2 похож на FCAL (Fiber Channel Arbitrated Loop) и подразумевает кольцевую топологию, запрещаемую исходным стандартом 1394.

Сравнение FireWire и USB Последовательные интерфейсы FireWire и USB, имея общие черты, являются сущест венно различными технологиями. Обе шины обеспечивают простое подключение достаточно большого числа устройств (127 для USB и 63 в одной шине для FireWire), допуская комму тации и включение/выключение устройств при работающей системе. Топология обеих шин достаточно близка. Хабы, требуемые для USB, входят в состав целевых устройств, и для пользователя их присутствие незаметно. Обе шины имеют линии питания устройств, правда, допустимая мощность для FireWire значительно выше. Обе шины полностью поддерживают ся системой Plug and Play (автоматическое конфигурирование при включении и выключе нии) и снимают проблему дефицита адресов, каналов DMA и линий прерываний для под ключения множества устройств. Главными различиями является пропускная способность и способ управления шиной.

USB ориентирована на периферийные устройства, подключаемые к PC. Ее изохронные передачи позволяют передавать только цифровые аудиосигналы. Все передачи управляются централизованно, и PC является необходимым управляющим узлом, находящимся в корне древовидной структуры шины. Соединение двух и более PC этой шиной не предусматрива ется.

FireWire ориентирована на интенсивный обмен между любыми подключенными к ней устройствами. Изохронный трафик позволяет по одной шине одновременно передавать как минимум два канала живого видео со стереозвуком. Шина не требует централизованного управления со стороны PC, которого может и не быть на шине. Возможно использование шины и для объединения нескольких PC и периферийных устройств в сеть.

Последовательная шина ACCESS.Bus и интерфейс I2C Последовательная шина ACCESS.Bus (Accessory Bus), разработанная фирмой DEC, яв ляется шиной взаимодействия компьютера с его аксессуарами – например, монитором (канал VESA DDC), интеллектуальными источниками питания (Smart Battery) и т. п. Шина позволя ет с использованием лишь двух сигнальных и двух питающих (12 В, 500 мА) проводов обес печить подключение до 14 устройств ввода/вывода, длина шины может достигать 8 м. Аппа ратной основой шины является интерфейс I2C, который характеризуется простотой реализа ции, но, по сравнению даже с USB, низкой производительностью. Над аппаратным протоко лом I2C для шины ACCESS.Bus имеется базовый программный протокол, с которым взаимо действуют протоколы конкретных подключенных устройств. Вся эта конструкция обеспечи вает возможность подключения и отключения устройств в процессе работы без перезагрузки операционной системы.

Интерфейс I2C, разработанный фирмой Philips, в PC появился недавно и используется как внутренняя вспомогательная шина системной платы для общения с энергонезависимой памятью идентификации установленных компонентов (модулей памяти DIMM). Шина отли чается предельной простотой реализации – две сигнальные линии, манипуляции с которыми могут осуществляться программно-управляемым способом. По прямому назначению эту шину использует пока только BIOS при определении состава аппаратных средств, но исполь зование перезаписываемой памяти конфигурирования открывает новые возможности и для привязки программного обеспечения к конкретной системе (точнее, установленному моду лю), и для разрушительных действий вирусов. Способ программного доступа к шине пока не стандартизован, но при желании для конкретной системной платы его можно «вычислить», изучив документацию на чипсет.

Последовательный интерфейс I2C обеспечивает двунаправленную передачу данных между парой устройств, используя два сигнала: данные SDA (Serial Data) и синхронизация SCL (Serial Clock). В обмене участвуют два устройства – ведущее (master) и ведомое (slave).

Каждое из этих устройств может выступать как в роли передатчика, помещающего на ли нию SDA информационные биты, так и приемника, в зависимости от типа обмена. Протокол обмена иллюстрирует рис. 4.81. Синхронизацию задает ведущее устройство – контроллер, линия данных – двунаправленная с выходом типа «открытый коллектор» – управляется обо ими устройствами поочередно. Частота обмена (не обязательно постоянная) ограничена только сверху величиной в 100 кГц для стандартного режима и 400 кГц для скоростного (Fast mode), что позволяет легко организовать программно-управляемую реализацию контроллера интерфейса.

Рис. 4.81. Протокол передачи данных I2C Начало любой операции – условие Start – инициируется переводом сигнала SDA из вы сокого в низкий при высоком уровне SCL. Завершается операция переводом сигнала SDA из низкого уровня в высокий при высоком уровне SCL – условие Stop. При передаче данных состояние линии SDA может изменяться только при низком уровне SCL, биты данных стро бируются положительным перепадом SCL. Каждая посылка состоит из 8 бит данных, фор мируемых передатчиком (старший бит – MSB – передается первым), после чего передатчик на один такт освобождает линию данных для получения подтверждения. Приемник во время девятого такта формирует нулевой бит подтверждения АСК. После передачи бита под тверждения приемник при необходимости может задержать следующую посылку, удерживая линию SCL на низком уровне. Приемник также может замедлять передачу по шине на уров не приема каждого бита, удерживая SCL на низком уровне после его спада, сформированно го передатчиком.

Каждое ведомое устройство имеет свой адрес, по умолчанию разрядность адреса со ставляет 7 бит. Адрес А[6:0] передается ведущим устройством в битах [7:1] первого байта, бит 0 содержит признак операции RW (RW=1 – чтение, RW=0 – запись). 7-битный адрес со держит две части: старшие 4 бита А[6:3] несут информацию о типе устройства (например, для EEPROM – 1010), а младшие 3 бита А[0:2] определяют номер устройства данного типа.

Многие микросхемы с интерфейсом I2C имеют три адресных входа, коммутацией которых на логические уровни «единицы» и «нуля» и задается требуемый адрес. Некоторые значения полного адреса зарезервированы для специальных целей (табл. 4.45).

Таблица 4. Специальные адреса I2C Биты [7:1] Бит 0 (RW) Назначение 0000 000 0 General call address — адрес общего вызова 0000 000 1 START - признак начала активного обмена 0000 001 X Адрес устройства шины CBUS (для обеспечения со 0000 010 X Адрес для устройств иных шин 0000 011 X Резерв 0000 1ХХ X Резерв 1111 1ХХ X Резерв 1111 0ХХ X Признак 10-битной адресации Общий вызов позволяет включившемуся устройству заявить о себе широковещатель ным способом. Байт START предназначен для привлечения внимания к интерфейсу, если в устройстве он организован программным (а не аппаратным) способом. До получения этого байта микроконтроллер устройства может не тратить своих вычислительных ресурсов на оп рос состояния и управления сигналами интерфейса. При использовании 10-битной адресации биты [2:1] содержат старшую часть адреса, а младшие 8 бит будут переданы в следующем байте, если признак RW=0.

Адрес ведомого устройства и тип обращения задается контроллером при инициирова нии обмена. Операции обмена данными с памятью иллюстрирует рис. 4.82.

Выполнив условие Start, контроллер передает байт, содержащий адрес устройства и признак операции RW и ожидает подтверждения. При операции записи следующей посылкой от контроллера будет 8-битный адрес записываемой ячейки, а за ней байт данных (для мик росхем объемом более 256 байт адрес ячейки посылается двумя байтами). Получив подтвер ждения, контроллер завершает цикл условием Stop, а адресованное устройство может начать свой внутренний цикл записи, во время которого оно не реагирует на сигналы интерфейса.

Контроллер может проверить готовность устройства посылкой команды записи (байт адреса устройства) и анализом бита подтверждения, сразу после этого формируя условие Stop. Если устройство откликнулось битом подтверждения, значит, оно завершило внутренний цикл и готово к следующей операции, которая начнется по условию Start.

а) б) в) Рис. 4.82. Операции обмена данными с памятью по интерфейсу I2C:

SA[0:21 – адрес устройства, DA[0:7] – адрес данных, D[0:7] – данные, W – признак за писи (0), R – признак чтения (1) Операция считывания инициируется так же, как и запись, но с признаком RW=1. Воз можно чтение по заданному адресу, по текущему адресу или последовательное. Текущий ад рес хранится во внутреннем счетчике ведомого устройства, он содержит увеличенный на единицу адрес ячейки, участвующей в последней операции.

Получив команду чтения, устройство дает бит подтверждения и посылает байт данных, соответствующий текущему адресу. Контроллер на него может ответить подтверждением, тогда устройство пошлет следующий байт (последовательное чтение). Если на принятый байт данных контроллер ответит условием Stop, операция чтения завершается (случай чте ния по текущему адресу). Начальный адрес для считывания контроллер задает фиктивной операцией записи, в которой передается байт адреса устройства и байт адреса ячейки, а по сле подтверждения приема байта адреса снова формируется условие Start и передается адрес устройства, но уже с указанием на операцию чтения. Таким образом реализуется считывание произвольной ячейки (или последовательности ячеек).

Интерфейс позволяет контроллеру с помощью пары сигналов обращаться к любому из 8 однотипных устройств, подключенных к данной шине и имеющих уникальный адрес (рис.

4.83). При необходимости увеличения количества устройств возможно подключение допол нительных групп. При этом возможно как использование общего сигнала SCL и раздельных сигналов SDA (двунаправленных), так и общего сигнала SDA и раздельных однонаправлен ных сигналов SCL. Для обращения к одной из нескольких микросхем (или устройств), не имеющих выводов для задания собственного адреса, также применяют разделение линий SCL (или SDA).

Рис. 4.83. Подключение устройств к контроллеру I2C Протокол I2C позволяет использовать одну шину нескольким контроллерами, опреде ляя коллизии (попытки одновременного доступа к шине со стороны двух и более контролле ров) и выполняя арбитраж. Эти функции реализуются достаточно просто: если два передат чика пытаются установить на линии SDA различные логические уровни сигналов, то «побе дит» тот, который установит низкий уровень. Передатчик следит за уровнями управляемых им сигналов и при обнаружении несоответствия (передает высокий уровень, а «видит» – низкий) отказывается от дальнейшей передачи. Согласно протоколу, устройство может ини циировать обмен только при пассивном состоянии сигналов. Коллизия может возникнуть лишь при одновременной попытке начала обмена, но, как только конфликт будет обнаружен, «проигравший» передатчик отключится, а «победивший» продолжит работу.

Интерфейс JTAG (Boundary Scan) Интерфейс JTAG несколько выбивается из ряда вышеописанных, поскольку он исполь зуется не для регулярной работы устройств, а только в целях контроля и отладки. Интерфейс, по сути, является внешним, поскольку подразумевает подключение внешнего тестирующего устройства-контроллера.

Стандарт IEEE 1149.1 Boundary Scan Architecture (он же интерфейс JTAG) разработан для тестирования сложных логических схем, установленных в целевое устройство. Тестиро ваться могут многие современные процессоры, функциональные узлы системных плат, пла ты расширения (сигналы интерфейса JTAG входят в состав разъема шины PCI). Интерфейс JTAG содержит всего четыре сигнала:

- TMS (Test Mode Select) – сигнал выбора тестового режима.

- TDI (Test Data Input) – входные данные в последовательном двоичном коде.

- TDO (Test Data Output) – выходные данные в последовательном двоичном коде.

- ТСК (Test Clock) – сигнал синхронизации последовательных данных.

Рис. 4.84. Цепочка устройств с интерфейсом JTAG Эти сигналы образуют тестовый порт ТАР (Test Access Port), через который тестируе мое устройство подключается к тестирующему оборудованию. В задачу тестирующего обо рудования входит формирование тестовых сигналов по программе тестирования, определен ной разработчиком тестируемого устройства и сравнение полученных результатов с этало нами. Один и тот же контроллер и порт могут использоваться для тестирования любого чис ла устройств, поддерживающих JTAG. Для этого они соединяются в цепочку (рис 4.84), стандартизованный логический формат позволяет контроллеру независимо общаться с каж дым из устройств цепочки (для этого, конечно, они должны иметь исправные ячейки JTAG).

Идея тестирования любой цифровой схемы иллюстрируется рис. 4.85. На ней показана условная цифровая система, имеющая входные, выходные (возможно, с третьим состоянием) и двунаправленные сигналы. Ячейки тестирования B/S врезаются между реальными внеш ними выводами устройства и собственно логическим устройством – то есть располагаются на логической границе (boundary) устройства. ТАР-контроллер способен сканировать ячейки – управлять ими и считывать с них информацию. Отсюда и пошло название Boundary Scan, которое можно перевести как «сканирование границ».

Рис. 4.85. Логическая структура регистров Boundary Scan При включенном тестовом режиме ТАР-контроллер может логически отсоединить сиг налы от внешних выводов, после чего задавать входные воздействия и считывать результаты – собственно, это и все, что необходимо для тестирования последовательных схем (автома тов с памятью). Прелесть JTAG заключается в том, что независимо от сложности устройства, оно тестируется с помощью всего лишь четырех сигналов – все сложности прячутся в доста точно простые ячейки, «окутывающие» его сигнальные выводы.

- Тестовая логика, встраиваемая в устройство, поддерживающее JTAG, состоит из следующих элементов:

- Тестовый порт ТАР (четыре интерфейсных сигнала).

- ТАР-контроллер, управляющий тестовыми регистрами.

- Регистр инструкций IR (Instruction Register), который принимает последовательный код со входа TDI. Код инструкции используется для выбора исполняемой тестовой операции или регистра тестовых данных, к которым производится обращение.

- Регистры тестовых данных: BPR (ByPass Register), DID (Device Identification Regis ter) и BSR (Boundary Scan Register).

Регистры инструкций и данных представляют собой независимые сдвиговые регистры, соединенные параллельно. На их входы (старшие биты) приходит сигнал TDI, с выходов (младшие биты) снимается сигнал TDO. По каждому положительному перепаду данные про двигаются на один бит.

Регистр BPR имеет длину в один бит. Он используется как кратчайший обходной путь для последовательных данных, когда остальные регистры не участвуют в обмене.

Регистр BSR представляет собой длинный сдвигающий регистр, каждым битом которо го являются пограничные ячейки, установленные на всех входных и выходных сигналах процессора. Для двунаправленных сигналов (или их групп), кроме собственно информаци онных ячеек регистра, соответствующих внешним сигналам, имеются и управляющие ячей ки, задающие режим работы информационных ячеек.

32-битный регистр DID содержит идентификатор производителя, код устройства и но мер версии, по которым ТАР-контроллер может распознать, с каким устройством он имеет дело.

Кроме этих обязательных регистров, устройство может иметь и специфические допол нительные регистры.

Для интерфейса JTAG существует специальный язык описания устройств BSDL (Boundary Scan Description Language). Состав и порядок следования информационных и управляющих ячеек в сдвиговом регистре данных специфичен для каждого устройства (для чего и существует идентификационный регистр) и сообщается его разработчиками.

В процессорах Pentium в использовании порта ТАР пошли дальше: ввели дополнитель ный сигнал прерывания R/S#, по которому процессор переходит в зондовый режим отладки.

В этом режиме с помощью дополнительных инструкций ТАР возможно общение с регистра ми процессора. Таким образом могут быть реализованы отладочные средства, абсолютно не зависящие (и не блокируемые) от программного кода, исполняемого процессором.

2.4.9. Промышленные цифровые интрфейсы Промышленные цифровые интерфейсы предназначены для обмена цифровыми данны ми между устройствами промышленной автоматики. Цифровые интерфейсы бывают парал лельными (LPT) и последовательными (COM). В промышленной автоматике получили наи большее распространение последовательные интерфейсы, это обусловлено значительно меньшей стоимостью линий связи из за счет меньшего количества проводников.

В настоящее время заметна следующая тенденция средств автоматизации: Изделия из кремния дешевеют (микросхемы), изделия из металлов дорожают. Поэтому в большинстве случаев экономически целесообразной является например установка на площади цеха или участка нескольких локальных контроллеров или интеллектуальных УСО, объединенных в единую цифровую сеть, вместо прокладки большого количества кабелей к центральному котроллеру.

Основные понятия и определения Линия связи – физическая среда, предназначенная для переноса информации между единицами оборудования, принимающими участие в информационном обмене, включая дан ные, сигналы управления и синхронизации. Как правило, ЛС представляют собой витые эк ранированные и неэкранированные пары, коаксиальные кабели и оптоволоконные кабели.

Благодаря невысокой стоимости наибольшее применение нашли витые пары.

Канал передачи данных – совокупность физической среды и технических средств, включая аппаратуру преобразования сигналов, вовлекаемых в процесс передачи информа ции.

Протокол – набор соглашений и правил в соответствии, с которыми осуществляется прием и передача информации.

Протоколы можно разделить на:

Симплексные протоколы позволяют передавать данные только в одну сторону, т.е.

только с передатчика на приемник, но не обратно. Хороший пример симплексного протокола - FM радио или телевидение. Применяется в тех случаях, когда надо просто передать инфор мацию какому либо устройству без необходимости подтверждения и обратной связи.

Полудуплексные протоколы снимают главное ограничение симплексных протоколов односторонняя связь. Они позволяют двум устройствам обмениваться информацией, причем оба устройства могут быть и приемниками и передатчиками, но не одновременно! Т.е. каж дое устройство может либо передавать, либо принимать. Например, RS-485 – применяет по лудуплексный протокол.

Дуплексные протоколы позволяют производить прием и передачу информации одно временно, т.е. оба устройства могут быть и приемником и передатчиком одновременно. На пример, RS-232 – позволяет реализовать дуплексный протокол.

Интерфейсы последовательной передачи данных RS-232 RS-422 RS- Количество уст- 1 передатчик 5 передатчиков 32 передатчика ройств 1 приемник 10 приемников на 1 передатчик 32 приемника Вид протокола Дуплексный дуплексный полудуплексный Макс. длинна ~15.25 м. при ~1220 м. при ~1220 м. при 100Kbps провода 19.2Kbps 100Kbps Макс. скорость 19.2Kbps для 10Mbps для 15 м. 10Mbps для 15 м.

передачи м.

Сигнал Небалансный балансный балансный -5В мин. 2В мин. (BA) 1.5В мин. (BA) двоичная -15В макс. 6В макс. (BA) 5В макс. (BA) 5В мин. 2В мин. (AB) 1.5В мин. (AB) двоичный 15В макс. 6В макс. (AB) 5В макс. (AB) Мин. входное на +/- 3В 0.2В диф. 0.2В диф.

пряжение Выходной ток 500мА 150мА 250мА RS (Recommendet Standart) - рекомендуемый стандарт.

2.4.9.1. Рекомендуемый стандарт RS- Используется как последовательный интерфейс (СОМ) во всех РС-совместимых ЭВМ для связи с периферийными устройствами. Не применяется в качестве промышленного ин терфейса, но часто служит связующим звеном между РС и устройством формирующим дру гой интерфейс (например RS-485 или RS-422). RS-232 является асинхронным интерфейсом передачи данных, приемник и передатчик используют фиксированную скорость из набора скоростей: 300, 1200, 2400, 4800, 9600 и 19200 бод (бит в секунду). Стандарт RS-232 опреде ляет: электрические параметры канала связи, наличие дополнительных сигналов квитирова ния, протокол обмена, тип разъема и назначение его контактов.

Позволяет соединить только два устройства, одно из которых является ведущим, дру гое ведомым, поэтому все оборудование, соединяемое по RS-232 протоколу, разделяют на DCE (Data Communication Equipment, оборудование Передачи Данных) и DTE (Data Terminal Equipment, Терминальное Оборудование). Нельзя соединить два DTE или два DCE. Различие заключается в разъемах и разводке разъемов.

На смену RS-232C в качестве последовательного интерфейса персонального компьюте ра пришел USB (Universal Serial Bus) – универсальная последовательная шина.

В таблице представлены основные параметры стандартов «RS».

Приемник и передатчик стандарта RS-232:

Уровни напряжений:

Сигналы интерфейса RS-232C подразделяются на следующие классы:

Последовательные данные: – (например, TXD, RXD). Интерфейс RS-232C обеспечивает два независимых последовательных канала данных: первичный (главный) и вторичный (вспомогательный). Оба канала могут работать в дуплексном режиме.

Управляющие сигналы квитирования: – (например, RTS, CTS). Сигналы квитирования – это средство, с помощью которого обмен сигналами позволяет DTE начать диалог с DCE до фактических передачи или приема данных по последовательной линии связи.

Сигналы RS-232:

Номер кон Сигнал такта (9-Pin) 1 FG Подключение земли к стойке или шасси оборудования 2 (3) TD(TXD) Последовательные данные, передаваемые от DTE к DCE 3 (2) RD(RXD) Последовательные данные, принимаемые DTE от DCE Активным уровнем этого сигнала DTE указывает, что оно "хо 4 (7) RTS чет" послать данные к DCE Активным уровнем этого сигнала DCE указывает, готовность 5 (8) CTS воспринимать данные от DTE Активным уровнем этого сигнала DCE сообщает, что связь уста 6 (6) DSR новлена 7 (5) SG Возвратный тракт общего сигнала (земли) Активным уровнем этого сигнала DTE показывает, что оно рабо 8 (1) DCD тает и DCE может подключиться к каналу связи 20 (4) DTR Готовность терминала Возможно использование только трех сигнальных линий TD,RD и SG (такой вариант используется часто) для двустороннего обмена без дополнительных сигналов квитирования.

Формат кадра RS-232:

2.4.9.2. Рекомендуемый стандарт RS- Стандарт устанавливает требования только к электрическим параметрам формировате лей и приемников и не определяет другие характеристики системы связи.

В этом стандарте для передачи данных использованы дифференциальные сигналы, это повысило помехоустойчивость и обеспечило высокую скорость обмена. Парные ТТЛ инвер торы посылают в нагруженную скрученную пару прямой и инверсный сигналы, а дифферен циальный приемник воспроизводит уровни ТТЛ:

Линия нагружена входным сопротивлением приемника 120 Ом.

Управляющие сигналы квитирования отсутствуют.

В отличие от RS-232 позволяет подключать до 10 приемников, а в некоторых случаях и более.

2.4.9.3. Рекомендуемый стандарт RS- Наиболее широко используемый интерфейс для промышленных сетей. Этот вариант является базовым в технике передачи данных для приложений промышленности, автомати зации строительства и управления приводами. В нем используется двухпроводная витая пара с экранированием или без. Подобен RS-422, но использует только одну пару проводов и по этому работает в полудуплексном режиме.

Этот стандарт относится только к электрическим параметрам интерфейса и не оговари вает качество сигнала, синхронизацию, протоколы, назначение контактов разъемов и другие подобные вопросы. Максимально допустимая скорость передачи для двоичных данных дос тигает 10 Мбит/с. В соответствии со стандартом RS-485 несколько устройств соединяются сбалансированной витой парой. Устройства могут быть приемными, передающими или ком бинированными. На обоих концах кабеля должны устанавливаться терминаторы (оконечные резисторы) с сопротивлением не менее 60 Ом (рис. 4.86).

Рис. 4.86. Структура интерфейса RS- Работа интерфейса аналогична работе тристабильной логической шины. Дифференци альный порог для приемников установлен на уровне 0.2В при допустимом диапазоне вход ных напряжений от -7В до +12 В по отношению к «земле» приемника. В этой конфигурации ни один из проводов не находится под потенциалом «земли». Перекоммутация контактов ге нератора или приемника эквивалентна инверсии значений бит.

Входной импеданс приемника и выходной импеданс передатчика в пассивном стоянии измеряется в единицах нагрузки, которые точно определены в стандарте. Передатчик должен обеспечивать питание до 32 единиц нагрузки и двух оконечных резисторов при полной экви валентной нагрузке линии 54 Ом. Передатчик также должен выдерживать мощность, выде ляемую при активном состоянии двух или большего числа передатчиков, часть из которых работает в режиме источника, а часть - в режиме потребления питания.

Стандарт на RS-485 предусматривает только 32 пары передатчик/приемник, но произ водители расширили возможности RS-485 протокола, так что теперь он поддерживает от до 255 устройств на одной линии, а, используя репитеры (повторители) можно продлевать RS-485/RS-422 практически до бесконечности.

Рис. 4.87. Подключение интерфейса DO – передаваемые данные, DI – принимаемые данные, OE – разрешение передачи, Ф – формирователь, П – приемник, R – согласующий резистор.

Формирователь представляет собой дифференциальный ТТЛ – передатчик (см. схему для RS-422). Приемник представляет собой дифференциальный усилитель с высоким вход ным сопротивлением.

По стандарту, формирователь рассчитан на подключение 32 приемников и двух согла сующих резисторов.

2.4.10. Интерфейсы ИРПР и ИРПС ИРПР (IFSP) – интерфейс радиальный параллельный. Международным аналогом ИРПР можно считать стандарт BS 4421. Применялся во многих принтерах и компьютерах, изготав ливавшихся в странах СЭВ.

Физическая реализация Сигналы на линиях соответствуют уровням TTL. Используемая логика – отрицательная (негативная). Передатчик – с открытым коллектором, обеспечивающий ток до 40мА. Линия связи – однонаправленная, с волновым сопротивлением 110 Ом, длиной до 15 м. Для согла сования ко всем входным линиям ИРПР (на принтере) подключены пары согласующих рези сторов: 150 Ом к питанию +5 В и 330 Ом к общему проводу. Это позволяет использовать длинные кабели, но перегружает большинство интерфейсных адаптеров LPT. В случае, если электрические характеристики интерфейсного адаптера позволяют, можно подключить уст ройство с ИРПР к LPT напрямую.

Таблица 4. Подключение ИРПР к LPT Линия LPT Линия ИРПР Название линии ИРПР Strobe SC Управляющий сигнал передатчика Data 0 D0 Линия данных Data 1 D1 —"— Data 2 D2 —"— Data 3 D3 —"— Data 4 D4 —"— Data 5 D5 —"— Data 6 D6 —"— Data 7 D7 —"— ACK — Busy AC Управляющий сигнал приемника PE A4 Конец носителя Sel A0 Приемник готов к работе Autofeed XT — Error A2 Ошибка печати Init — SLCT IN S0 Передатчик готов к работе GND Z Нулевые линии Варианты интерфейса Существует вариант интерфейса под названием ИРПР-М, совместимый с интерфейсом Centronics. Исходный ИРПР отличается от Centronics инверсией линий данных и протоколом квитирования.

Выпускались устройства, имевшие возможность переключения между режимами рабо ты «ИРПР» и «Centronics». Например, принтеры Robotron серий 6312-6329 производства ГДР поставлялись со сменными интерфейсными блоками – «ИРПР», «ИРПС», «ИРПР-М»

(«Centronics»).

Токовая петля – способ передачи информации с помощью измеряемых значений силы электрического тока. В настоящее время такой способ более распространён в инженерной практике, чем использование для этой цели напряжения. Для задания измеряемых значений тока используется, как правило, управляемый источник тока. По виду передаваемой инфор мации различаются аналоговая токовая петля и цифровая токовая петля.

Цифровая токовая петля применяется в телекоммуникационном оборудовании и компьютерах дляпоследовательной передачи данных.

Принципы работы Стандарт цифровой токовой петли использует отсутствие тока как значение SPACE (низкий уровень, логический ноль) и наличие сигнала – как значение MARK (высокий уро вень, логическая единица). Отсутствие сигнала в течение длительного времени интерпрети руется как состояние BREAK (обрыв линии). Данные передаются старт-стопным методом, формат посылки совпадает c RS-232, например 8-N-1: 8 бит, без паритета, 1 стоп-бит.

Токовая петля может использоваться на значительных расстояниях (до нескольких ки лометров). Для защиты оборудования применяется гальваническая развязка на оптоэлек тронных приборах, например оптронах.

Из-за неидеальности источника тока, максимально допустимая длина линии (и макси мальное сопротивление линии) зависит от напряжения, от которого питается источник тока.

Например при типичном напряжении питания 12 вольт сопротивление не должно превышать 600 Ом.

Источник тока может располагаться в приемном или передающем конце токовой петли.

Узел с источником тока называют активным. В зависимости от конструкции может быть ак тивный передатчик (и соответственно – пассивный приемник) или наоборот.

Стандартизация Стандарт ИРПС (ОСТ 11 305.916-84) использует токовую петлю 20 мА для передачи данных. Этот стандарт широко применялся в компьютерах, выпущенных в СССР и странах СЭВ до 1990-х годов. Например ДВК, Электроника-60, Электроника Д3-28, СМ ЭВМ и т. д.

Физическое исполнение разъемов ИРПС в стандарте не закреплено, что породило массу ва риантов. Часто употребляется разъём СНО53-8-2.

За рубежом токовая петля (Current Loop) специфицирована в стандартах IEC 62056-21 / DIN 66258.

MIDI (Musical Instrument Digital Interface) использует стандарт токовой петли на 5-ти штырьковом разъеме DIN 41524 со скоростью 31.25 kbit/s.

Для компьютеров IBM PC и IBM PC XT имелась плата IBM Asynchronous Communications Adapter, поддерживающая последовательную передачу по RS-232 или токо вой петле. Для передачи сигналов токовой петли используются незадействованные контакты на разъеме DB25. В более поздних разработках остался только RS-232.

Аналоговая токовая петля Аналоговая токовая петля используется для передачи аналогового сигнала по паре про водов в лабораторном оборудовании, системах управления производством и т. д.

Применяется смещенный диапазон 4…20 мА то есть наименьшее значение сигнала (например 0) соответствует току 4 мА, а наибольшее – 20 мА. Таким образом весь диапазон допустимых значений занимает 16 мА. Нулевое значение тока в цепи означает обрыв линии и позволяет легко диагностировать такую ситуацию.

Интерфейс аналоговой токовой петли позволяет использовать разнообразные датчики (давления, потока, кислотности и т. д.) с единым электрическим интерфейсом. Также данный интерфейс может использоваться для управления регистрирующими и исполнительными устройствами: самописцами, заслонками и т. д.

Основное преимущество токовой петли – то, что точность не зависит от длины и со противления линии передачи, поскольку управляемый источник тока будет автоматически поддерживать требуемый ток в линии. Вдобавок, такая схема позволяет запитывать датчик непосредственно от линии передачи. Несколько приемников можно соединять последовательно, источник тока будет поддерживать требуемый ток во всех одновременно (согласно закону Кирхгофа).

Поверх аналоговой токовой петли можно передавать цифровую информацию. Такой способ передачи данных описан в HART-протоколе. Конкурирующими протоколами, спо собными в будущем вытеснить HART, являются различные цифровые полевые шины, такие как Fieldbus Foundation или PROFIBUS.

2.4.11. Дополнительные сведения об интерфейсе IC В бытовой технике, телекоммуникационном оборудовании и промышленной электронике часто встречаются похожие решения, в, казалось бы, никак не связанных изделиях. Например, практически каждая система включает в себя:

- Некоторый «умный» узел управления, обычно однокристалльная микроЭВМ.

- Узлы общего назначения, такие как буферы ЖКИ, порты ввода-вывода, RAM, - EEPROM или преобразователи данных.

- Специфические узлы, такие как схемы цифровой настройки и обработки сигнала для радио- и видео- систем, или генераторы тонального набора для телефонии.

Для того, чтобы использовать эти общие решения к выгоде конструкторов и производителей (технологов), а также для увеличения эффективности аппаратуры и упрощения схемотехнических решений, Philips в 1980 году разработала простую двунаправленную двухпроводную шину для эффективного «межмикросхемного» (inter-IC) управления. Шина так и называется – Inter-Integrated Circuit, или IIC (IC) шина. В настоящее время ассортимент продукции Philips включает более 150 КМОП и биполярных IC совместимых устройств, функционально предназначенных для работы во всех трех вышеперечисленных категориях электронного оборудования. Все IC-совместимые устройства имеют встроенный интерфейс, который позволяет им связываться друг с другом по шине IC. Это конструкторское решение разрешает множество проблем сопряжения различных устройств, которые обычно возникают при разработке цифровых систем.

Основной режим работы шины IC – 100 кбит/с;

10 кбит/с в режиме работы с пониженной скоростью. Заметим, что стандарт допускает тактирование с частотой вплоть до нулевой. Для адресации IC-устройств используется 7 бит.

После пересмотра стандарта в 1992 году становится возможным подключение ещё большего количества устройств на одну шину (за счёт возможности 10-битной адресации), а также большую скорость до 400 кбит/с в скоростном режиме. Соответственно, доступное количество свободных узлов выросло до 1008. Максимальное допустимое количество микросхем, подсоединенных к одной шине, ограничивается максимальной емкостью шины в 400 пФ.

Версия стандарта 2.0, выпущенная в 1998 году представила высокоскоростной режим работы со скоростью до 3.4 Мбит/с с пониженным энергопотреблением. Последняя версия 2.1 2000 года включила лишь незначительные доработки.

1 октября 2006 года были отменены лицензионные отчисления за использование протокола IC. Однако, отчисления сохраняются для выделения эксклюзивного подчинённого адреса на шине IC.

Список возможных применений IC:

- доступ к модулям памяти (RAM, EEPROM, Flash и др.);

- доступ к низкоскоростным ЦАП/АЦП;

- работа с часами реального времени (RTC);

- регулировка контрастности, насыщенности и цветового баланса мониторов;

- управление интеллектуальными звукоизлучателем (динамиками);

- управление ЖКИ, в том числе в мобильных телефонах;

- чтение информации с датчиков мониторинга и диагностики оборудования, например, термостат центрального процессора или датчик скорости вращения вентилятора охлаждения процессора;

- информационный обмен между микроконтроллерами.

Концепция шины IC IC использует две двунаправленных линии с открытым стоком – последовательная линия данных (SDA, англ. Serial DAta) и последовательная линия тактирования (SCL, англ.

Serial CLock), обе нагруженные резисторами. Максимальное напряжение +5 В, часто используется +3,3 В, однако допускаются и другие напряжения (не менее +2В). Шина IC поддерживает любую технологию изготовления микросхем (НМОП, КМОП, биполярную).

Рис. 4.88. Пример соединения устройств по шине IC:

один ведущий – микроконтроллер, три ведомых устройства – АЦП, ЦАП, МК Каждое устройство распознается по уникальному адресу – будь то микроконтроллер, ЖКИ-буфер, память или интерфейс клавиатуры – и может работать как передатчик или приёмник, в зависимости от назначения устройства. Обычно ЖКИ-буфер – только приёмник, а память может как принимать, так и передавать данные. Кроме того, устройства могут быть классифицированы как ведущие и ведомые при передаче данных (табл. 4.47). Ведущий – это устройство, которое инициирует передачу данных и вырабатывает сигналы синхронизации.

При этом любое адресуемое устройство считается ведомым по отношению к ведущему.

Классическая адресация включает 7-битное адресное пространство с 16 зарезервированными адресами. Это означает до 112 свободных адресов для подключения периферии на одну шину.

Таблица 4. Термины, используемые в спецификации IC Термин (англ.) Термин (рус.) Описание Transmitter Передатчик Устройство, посылающее данные в шину Receiver Приемник Устройство, принимающее с шины Master Ведущий Начинает пересылку данных, вырабатывает синхроимпульсы, заканчивает пересылку данных Slave Ведомый Устройство, адресуемое ведущим Multi-master – Несколько ведущих могут пытаться захватить шину одновременно, без нарушения передаваемой информации Arbitration Арбитраж Процедура, обеспечивающая Multi-master Synchronization Синхр. Процедура синхронизации двух устройств Возможность подключения более одного микроконтроллера к шине означает, что более чем один ведущий может попытаться начать пересылку в один и тот же момент времени. Для устранения хаоса, который может возникнуть в данном случае, разработана процедура арбитража. Эта процедура основана на том, что все IC-устройства подключаются к шине по правилу монтажного И.

Генерация синхросигнала – это всегда обязанность ведущего;

каждый ведущий генерирует свой собственный сигнал синхронизации при пересылке данных по шине. Сигнал синхронизации может быть изменен только если он “вытягивается” медленным ведомым устройством (путем удержания линии в низком состоянии), или другим ведущим, если происходит столкновение.

Реализация монтажного И и монтажного ИЛИ Схемотехника и функционирование выхода с открытым коллектором (ОК, для КМОП схем правильно говорить об выходе с ОС, но часто данный тип выхода по аналогии с ТТЛ схемами называют ОК) аналогична однотактному выходу с той разницей, что внутренний (на кристалле микросхемы) нагрузочный резистор отсутствует, а подключается внешний резистор. Схема представлена на рисунке (рис. 4.89, а), условное обозначение выхода данного типа – см. рис. 4.89, б.

а) б) в) г) Рис. 4.89. Выход с открытым коллектором (стоком) Особенностями выхода ОК являются:

1. Возможность подключать несколько выходов к одной шине (рис. 4.89, в). Эта схема включения может быть необходима для выполнения одной из двух функций:

- Реализация «монтажной логики». В частности операции монтажное И для положительной логики: если хотя бы на одном из выходов будет установлен НИЗКИЙ уровень, это значит, что общая выходная шина будет замкнута на 0В через открытый транзистор этого выхода и, вне зависимости от уровней на остальных выходах, на общей шине будет установлен НИЗКИЙ уровень, то есть логический «0». Таким образом будет реализована операция И без какого-либо специального элемента. Если использовать отрицательную логику, т.е. ИСТИНОЙ (логической «1») считать НИЗКИЙ уровень, то данная схема реализует функцию монтажного ИЛИ. Именно в такой интерпретации чаще всего используется данная схема включения. Например, сигналы прерывания от нескольких источников с выходом ОК объединены и подключены к одному входу запроса прерывания у микропроцессора. Если хоть один из них перейдет в активное НИЗКОЕ состояние, то выработается запрос прерывания и далее процессор путем опроса найдет источник этого прерывания. Другой пример – сканирование матричной клавиатуры.

Простейший пример – сигнал готовности. Есть несколько подчиненных устройств одного типа, каждое из которых работает по своему алгоритму и, например, требует начальную инициализацию. Чтобы главный понял, что все остальные устройства закончили инициализацию и подготовились, он «слушает» линию связи. В качестве сигнала готовности подчиненное устройство отпускает линию. Когда каждое устройство пройдет инициализацию, то линия примет высокий уровень и это будет сигналом полной готовности всех устройств.

- Подключение нескольких источников к общей шине. В данном случае активным является только один источник, а все неактивные обязаны установить на выходе ВЫСОКИЙ уровень. Далее, так как реализуется монтажное И (см. выше), то на шине присутствует только сигнал от одного – активного – источника. При этом, даже если одновременно активизируются два или более источников, выход не перегрузится и не «перегорит».


Функция общей шины широко используется для периферийных интерфейсов микропроцессорных систем, например, в интерфейсах IC, 1-WireBus.

Рис. 4.90. Подключение устройств по принципу монтажного И 2. Возможность подключать нагрузку к напряжению большему или меньшему, чем напряжение питания микросхемы. Например, на рисунке (рис. 4.89, г) показан способ подключения обмотки реле с напряжением питания 12 В. Аналогично можно подключать другие нагрузки: лампочки, линейки светодиодов, звукоизлучатели, двигатели постоянного тока и т.п. Использовать как большее, так и меньшее напряжение питания также может быть удобно для адаптеров логических уровней схем с различным напряжением питания.

Например, при конверсии сигналов с ВЫСОКИМ уровнем равным 5 В в сигналы с ВЫСОКИМ уровнем равным 3,3 В, и наоборот.

Принцип работы шины IC Вследствие различных технологий микросхем (КМОП, НМОП, биполярная), которые могут быть подключены к шине, уровни логического нуля (НИЗКИЙ) и логической единицы (ВЫСОКИЙ) не фиксированы и зависят от соответствующего уровня Vdd. Один синхроимпульс генерируется на каждый пересылаемый бит.

Данные на линии SDA должны быть стабильными в течение ВЫСОКОГО периода синхроимпульса. ВЫСОКОЕ или НИЗКОЕ состояние линии данных должно меняться, только если линия синхронизации в состоянии НИЗКОЕ (см. рис. 4.91).

Рис. 4.91. Пересылка бита по шине IC Данные по линии SDA передаются байтами, при этом каждый байт должен оканчиваться битом подтверждения. Количество байт, передаваемых за один сеанс связи, не ограничено. Данные передаются, начиная со старшего бита (рис. 4.92). Если приёмник не может принять еще один целый байт, пока он не выполнит какую-либо другую функцию (например, обслужит внутреннее прерывание), он может удерживать линию SCL в НИЗКОМ состоянии, переводя передатчик в состояние ожидания. Пересылка данных продолжается, когда приёмник будет готов к следующему байту и отпустит линию SCL (опять срабатывает правило монтажного И).

Рис. 4.92. Пересылка данных по шине IC Сигналы СТАРТ и СТОП Процедура обмена данными по шине IC начинается с того, что ведущий формирует состояние СТАРТ – ведущий генерирует переход сигнала линии SDA из ВЫСОКОГО состояния в НИЗКОЕ при ВЫСОКОМ уровне на линии SCL (рис. 4.93). Этот переход воспринимается всеми устройствами, подключенными к шине как признак начала процедуры обмена. Процедура обмена завершается тем, что ведущий формирует состояние СТОП – переход состояния линии SDA из НИЗКОГО состояния в ВЫСОКОЕ при ВЫСОКОМ состоянии линии SCL. Состояния СТАРТ и СТОП всегда вырабатываются ведущим.

Считается, что шина занята после фиксации состояния СТАРТ. Шина считается освободившейся через некоторое время после фиксации состояния СТОП.

Определение сигналов СТАРТ и СТОП устройствами, подключенными к шине достаточно легко, если в них встроены необходимые цепи. Однако микроконтроллеры без таковых цепей должны осуществлять считывание значения линии SDA как минимум дважды за период синхронизации для того, чтобы определить переход состояния.

Рис. 4.93. СТАРТ и СТОП состояния Подтверждение Подтверждение при передаче данных обязательно, кроме случаев окончания передачи ведомой стороной. Соответствующий импульс синхронизации генерируется ведущим.

Передатчик отпускает (ВЫСОКОЕ) линию SDA в течение синхроимпульса подтверждения.

Приёмник должен удерживать линию SDA в течение ВЫСОКОГО состояния синхроимпульса подтверждения в стабильно НИЗКОМ состоянии (рис. 4.92). Конечно, время установки и удержания также должны быть приняты во внимание (Электрические и временные параметры).

Таким образом передача 8 бит данных от передатчика к приемнику завершаются дополнительным циклом (формированием 9-го тактового импульса линии SCL), при котором приемник выставляет НИЗКИЙ уровень сигнала на линии SDA, как признак успешного приема байта.

В том случае, когда ведомый-приёмник не может подтвердить свой адрес (например, когда он выполняет в данный момент какие-либо функции реального времени), линия данных должна быть оставлена в ВЫСОКОМ состоянии. После этого ведущий может выдать сигнал СТОП для прерывания пересылки данных. Если в пересылке участвует ведущий приёмник, то он должен сообщить об окончании передачи ведомому-передатчику путем не подтверждения последнего байта. Ведомый-передатчик должен освободить линию данных для того, чтобы позволить ведущему выдать сигнал СТОП или повторить сигнал СТАРТ.

Синхронизация При передаче посылок по шине IC каждый ведущий генерирует свой синхросигнал на линии SCL. Данные действительны только во время ВЫСОКОГО состояния синхроимпульса. Синхронизация выполняется с использованием подключения к линии SCL по правилу монтажного И. Это означает, что ведущий не имеет монопольного права на управление переходом линии SCL из НИЗКОГО состояния в ВЫСОКОЕ. В том случае, когда ведомому необходимо дополнительное время на обработку принятого бита, он имеет возможность удерживать линию SCL в низком состоянии до момента готовности к приему следующего бита. Таким образом, линия SCL будет находиться в НИЗКОМ состоянии на протяжении самого длинного НИЗКОГО периода синхросигналов.

Устройства с более коротким НИЗКИМ периодом будут входить в состояние ожидания на время, пока не кончится длинный период. Когда у всех задействованных устройств кончится НИЗКИЙ период синхросигнала, линия SCL перейдет в ВЫСОКОЕ состояние. Все устройства начнут проходить ВЫСОКИЙ период своих синхросигналов. Первое устройство, у которого кончится этот период, снова установит линию SCL в НИЗКОЕ состояние. Таким образом, НИЗКИЙ период синхролинии SCL определяется наидлиннейшим периодом синхронизации из всех задействованных устройств, а ВЫСОКИЙ период определяется самым коротким периодом синхронизации устройств. Механизм синхронизации может быть использован приемниками как средство управления пересылкой данных на байтовом и битовом уровнях.

На уровне байта, если устройство может принимать байты данных с большой скоростью, но требует определенное время для сохранения принятого байта или подготовки к приему следующего, то оно может удерживать линию SCL в НИЗКОМ состоянии после приема и подтверждения байта, переводя таким образом передатчик в состояние ожидания.

На уровне битов, устройство, такое как микроконтроллер без встроенных аппаратных цепей IC или с ограниченными цепями, может замедлить частоту синхроимпульсов путем продления их НИЗКОГО периода. Таким образом скорость передачи любого ведущего адаптируется к скорости медленного устройства.

Форматы обмена данными по шине IC (7-битный адрес) Рис. 4.94. Первый байт после СТАРТ-состояния (адресный байт) После сигнала СТАРТ посылается адрес ведомого. После 7 бит адреса следует бит направления данных (R/W), «ноль» означает передачу (запись), а «единица» – прием (чтение). Пересылка данных всегда заканчивается сигналом СТОП, генерируемым ведущим.

Однако, если ведущий желает оставаться на шине дальше, он должен выдать повторный сигнал СТАРТ и затем адрес следующего устройства. При таком формате посылки возможны различные комбинации чтения/записи.

Возможные форматы:

- Ведущий-передатчик передает ведомому-приёмнику. Направление пересылки данных не изменяется (запись W = 0).

- Ведущий читает ведомого немедленно после пересылки первого байта. В момент первого подтверждения ведущий-передатчик становится ведущим-приёмником и ведомый приёмник становится ведомым-передатчиком. Подтверждение тем не менее генерируется ведущим. Сигнал СТОП генерируется ведущим. В таком формате посылки есть тонкость – при приеме последнего байта надо дать ведомому понять, что больше ведущий читать не будет и отослать NACK на последнем байте. Если же отослать ACK, то после СТОП-сигнала ведущий не отпустит линию (объясняется работой автомата в контроллере IC). Так что прием двух байтов будет выглядеть так (чтение R = 1):

- Комбинированный формат. При изменении направления пересылки данных повторяется сигнал СТАРТ и адрес ведомого, но бит направления данных инвертируется.

Если ведущий-приёмник посылает повторный сигнал СТАРТ, он обязан предварительно послать сигнал неподтверждения.

Такой формат пересылки используется, например, когда необходимо прочитать данные из памяти (EEPROM), часов реального времени и др. по определенному адресу. Таким образом, сначала в ведомое устройство записывается адрес чтения данных (на рисунке выше это адрес ячейки 0x05), т.е. выполняется инициализация счетчика адреса ведомого устройства;

затем делается повторный старт (RS), после чего читаются данные по заданному ранее адресу.

Арбитраж Арбитраж помогает решать конфликтные ситуации во время передачи данных по IC, когда присутствует несколько ведущих (режим мультимастера). Ведущий может начинать пересылку данных только, если шина свободна. Если один ведущий передает на линию данных НИЗКИЙ уровень, в то время как другой – ВЫСОКИЙ, то последний отключается от линии, так как состояние SDA (НИЗКОЕ) не соответствует ВЫСОКОМУ состоянию его внутренней линии данных.

Вследствие того, что арбитраж зависит только от адреса и данных, передаваемых соревнующимися ведущими, не существует центрального ведущего, а также приоритетного доступа к шине.

Рис. 4.95. Арбитраж между двумя ведущими (случай одновременной передачи данных) Что же будет, когда два ведущих начнут передачу одновременно? Тут опять помогает свойство монтажного И: оба мастера бит за битом передают адрес ведомого, потом данные, кто первый выставит на линию «0», тот и побеждает в этой конфликтной ситуации (рис.

4.95). Так что очевидно, что самый важный адрес должен начинаться с нулей, чтобы тот, кто к нему пытался обращаться, всегда выигрывал арбитраж. Проигравшая же сторона вынуждена ждать, пока шина не освободится.


Таким образом, арбитраж может продолжаться до окончания адреса, а если ведущие адресуют одно и то же устройство, то в арбитраже будут участвовать и данные. Вследствие такой схемы арбитража при столкновении данные не теряются.

Ведущему, проигравшему арбитраж, разрешается выдавать синхроимпульсы на шину SCL до конца байта, в течение которого был потерян доступ.

Если в устройство ведущего также встроены и функции ведомого и он проигрывает арбитраж на стадии передачи адреса, то он немедленно должен переключиться в режим ведомого, так как выигравший арбитраж ведущий мог адресовать его.

Достоинства шины IC - Требуется только две линии – линия данных (SDA) и линия синхронизации (SCL).

Каждое устройство, подключённое к шине, может быть программно адресовано по уникальному адресу. В каждый момент времени существует простое отношение ведущий/ведомый: ведущие могут работать как ведущий-передатчик и ведущий-приёмник.

- Шина позволяет иметь несколько ведущих, предоставляя средства для определения коллизий и арбитраж для предотвращения повреждения данных в ситуации, когда два или более ведущих одновременно начинают передачу данных. В стандартном режиме обеспечивается передача последовательных 8-битных данных со скоростью до 100 кбит/с, и до 400 кбит/с в «быстром» режиме.

- Встроенный в микросхемы фильтр подавляет всплески, обеспечивая целостность данных.

- Максимальное допустимое количество микросхем, подсоединённых к одной шине, ограничивается максимальной емкостью шины 400 пФ.

Преимущества для конструктора IC-совместимые микросхемы позволяют ускорить процесс разработки от функциональной схемы до прототипа. Более того, поскольку такие микросхемы подключаются непосредственно к шине без каких-либо дополнительных цепей, появляется возможность модификации и модернизации системы прототипа путем подключения и отключения устройств от шины.

Вот некоторые достоинства IC-совместимых микросхем, которые касаются конструкторов:

- Блоки на функциональной схеме соответствуют микросхемам, переход от функциональной схемы к принципиальной происходит быстро.

- Нет нужды разрабатывать шинные интерфейсы, т.к. шина уже интегрирована в микросхемы.

- Интегрированные адресация устройств и протокол передачи данных позволяют системе быть полностью программно определяемой.

- Одни и те же типы микросхем могут быть часто использованы в разных приложениях.

- Время разработки снижается, так как конструкторы быстро знакомятся с часто используемыми функциональными блоками и соответствующими микросхемами.

- Микросхемы могут быть добавлены или убраны из системы без оказания влияния на другие микросхемы, подключенные к шине.

- Простая диагностика сбоев и отладка;

нарушения в работе могут быть немедленно отслежены.

- Время разработки программного обеспечения может быть снижено за счет использования библиотеки повторно используемых программных модулей.

Помимо этих преимуществ, КМОП IC-совместимые микросхемы предоставляют для конструкторов специальные решения, которые в частности привлекательны для портативного оборудования и систем с батарейным питанием:

- Крайне низкое потребление.

- Высокая стойкость к помехам.

- Широкий диапазон питающего напряжения.

- Широкий рабочий температурный диапазон.

Преимущества для технолога (производителя) IC-совместимые микросхемы не только помогают конструкторам, но и дают широкий диапазон преимуществ для технологов, потому что:

- Простая двухпроводная последовательная шина IC минимизирует соединения между микросхемами;

микросхемы имеют меньше контактов и требуется меньше дорожек, результат – печатные платы становятся менее дорогими и меньше по размеру.

- Полностью интегрированный IC-протокол устраняет нужду в дешифраторах адреса и другой внешней мелкой логике.

- Возможность нескольких ведущих на IC-шине позволяет ускорить тестирование и настройку оборудования при помощи подключения шины к компьютеру сборочной линии.

- Доступность IC-совместимых микросхем в SO и VSO корпусах, а также в DIL корпусе снижает требования к размеру еще больше.

Это лишь некоторые преимущества. Кроме того, IC-совместимые микросхемы увеличивают гибкость системы, позволяя простое конструирование вариантов оборудования и легкую модернизацию для того, чтобы поддерживать разработки на современном уровне.

Таким образом, целое семейство оборудования может быть разработано, основываясь на базовой модели. Модернизация оборудования или расширение его функций (например, дополнительная память, дистанционное управление и т.п.) может быть произведена путем простого подключения соответствующей микросхемы к шине. Если требуется бoльшая ПЗУ, то дело лишь в выборе микроконтроллера с большим объемом ПЗУ. Поскольку новые микросхемы могут замещать старые, легко добавлять новые свойства в оборудование или увеличивать его производительность путем простого отсоединения устаревшей микросхемы и подключения к шине новой.

2.4.12. Последовательный периферийный интерфейс SPI SPI (Serial Peripheral Interface) – последовательный синхронный стандарт передачи данных в режиме полного дуплекса, разработанный компанией Motorola для обеспечения простого и недорогого сопряжения микроконтроллеров и периферии. SPI также иногда называют четырёхпроводным (four-wire) интерфейсом.

SPI – популярный интерфейс для последовательного обмена данными между микросхемами. Интерфейс SPI, наряду с I2C, относится к самым широко используемым интерфейсам для соединения микросхем. Изначально он был придуман компанией Motorola, а в настоящее время используется в продукции многих производителей. Шина SPI организована по принципу «ведущий-подчиненный». В качестве ведущего шины обычно выступает микроконтроллер, но им также может быть программируемая логика, DSP контроллер или специализированная интегральная схема. В роли подчиненных устройств выступают различного рода микросхемы, в том числе запоминающие устройства (EEPROM, Flash-память, SRAM), часы реального времени (RTC), АЦП/ЦАП, температурные датчики, сенсорные экраны, цифровые потенциометры, коммуникационные контроллеры (Ethernet, USB, CAN, IEEE 802.15.4, IEEE 802.11), ЖКИ, мультимедийные карты (SD, MMC) и др.

Кроме того, интерфейс SPI является основой для построения ряда специализированных интерфейсов, в том числе, интерфейса JTAG и интерфейсов карт Flash-памяти (мультимедийные карты SD и MMC).

Принцип работы шины SPI Главным составным блоком интерфейса SPI является обычный сдвиговый регистр, сигналы синхронизации и ввода-вывода битового потока, которые и образуют интерфейсные сигналы. Таким образом, протокол SPI правильнее назвать не протоколом передачи данных, а протоколом обмена данными между двумя сдвиговыми регистрами, каждый из которых одновременно выполняет и функцию приемника, и функцию передатчика. Непременным условием передачи данных по шине SPI является генерация сигнала синхронизации шины.

Этот сигнал имеет право генерировать только ведущий шины и от этого сигнала полностью зависит работа подчиненного шины. Принимающая периферия (ведомая) синхронизирует получение битовой последовательности с тактовым сигналом. К одному последовательному периферийному интерфейсу ведущего устройства-микросхемы может присоединяться несколько микросхем. Ведущее устройство выбирает ведомое для передачи, активируя сигнал «выбор кристалла» (chip select) на ведомой микросхеме. Периферия, не выбранная процессором, не принимает участие в передаче по SPI.

Частота работы интерфейса SPI составляет 1-70МГц.

Типы подключения к шине SPI Существует три типа подключения к шине SPI, в каждом из которых участвуют четыре сигнала (табл. 4.48). Самое простое подключение, в котором участвуют только две микросхемы, показано на рис. 4.96. Здесь, ведущий шины передает данные по линии MOSI синхронно со сгенерированным им же сигналом SCLK, а подчиненный захватывает переданные биты данных по определенным фронтам принятого сигнала синхронизации.

Одновременно с этим подчиненный отправляет свою посылку данных. Представленную схему можно упростить исключением линии MISO, если используемая подчиненная интегральная схема (ИС) не предусматривает ответную передачу данных или в ней нет потребности.

Таблица 4. Цифровые сигналы шины SPI Ведущий шины Подчиненный шины Основное Альтернатив Описание Основное Альтернатив Описание обозначение ное обозначение ное обозначение обозначение MOSI (Master DO, SDO, Выход MOSI DI, SDI, DIN Вход Output Slave DOUT последовател последовател Input) ьной ьного приема передачи данных данных MISO (Maste DI, SDI, DIN Выход MISO DO, SDO, Вход Input Slave последовател DOUT последовател Output) ьной ьного приема передачи данных данных SCLK DCLOCK, Выход SCLK DCLOCK, Вход CLK, SCK синхронизац CLK, SCK синхронизац ии передачи ии приема данных данных SS (Slave CS (Chip Выход SS CS Вход выбора Select) Select) выбора подчиненног подчиненног о (выбор о (выбор микросхемы) микросхемы) Одностороннюю передачу данных можно встретить у таких микросхем, как ЦАП, цифровые потенциометры, программируемые усилители и драйверы. Таким образом, рассматриваемый вариант подключения подчиненной ИС требует 3 или 4 линии связи.

Чтобы подчиненная ИС принимала и передавала данные, помимо наличия сигнала синхронизации, необходимо также, чтобы линия SS была переведена в низкое состояние. В противном случае, подчиненная ИС будет неактивна. Когда используется только одна внешняя ИС, может возникнуть соблазн исключения и линии SS за счет жесткой установки низкого уровня на входе выбора подчиненной микросхемы. Такое решение крайне нежелательно и может привести к сбоям или вообще невозможности передачи данных, так как вход выбора микросхемы служит для перевода ИС в её исходное состояние и иногда инициирует вывод первого бита данных.

Рис. 4.96. Простейшее подключение к шине SPI При необходимости подключения к шине SPI нескольких микросхем используется либо независимое (параллельное) подключение (рис. 4.97), либо каскадное (последовательное) (рис. 4.98). Независимое подключение более распространенное, так как достигается при использовании любых SPI-совместимых микросхем. Здесь, все сигналы, кроме выбора микросхем, соединены параллельно, а ведущий шины, переводом того или иного сигнала SS в низкое состояние, задает, с какой подчиненной ИС он будет обмениваться данными. Главным недостатком такого подключения является необходимость в дополнительных линиях для адресации подчиненных микросхем (общее число линий связи равно 3 + n, где n – количество подчиненных микросхем).

Рис. 4.97. Независимое подключение к шине SPI Каскадное включение избавлено от этого недостатка, так как здесь из нескольких микросхем образуется один большой сдвиговый регистр. Для этого выход передачи данных одной ИС соединяется со входом приема данных другой, как показано на рис. 4.98. Входы выбора микросхем здесь соединены параллельно и, таким образом, общее число линий связи сохранено равным 4. Однако использование каскадного подключения возможно только в том случае, если его поддержка указана в документации на используемые микросхемы. Чтобы выяснить это, важно знать, что такое подключение по-английски называется «daisy-haining».

Рис. 4.98. Каскадное подключение к шине SPI Режимы работы шины SPI Во время каждого цикла обмена по SPI происходит полнодуплексная передача данных:

• Ведущий выставляет бит данных на линию MOSI;

ведомый читает его с этой же линии.

• Ведомый выставляет бит на линию MISO;

ведущий читает его с этой же линии.

Не во всех случаях передачи данных все эти операции имеют значение, но они все равно выполняются.

Протокол передачи по интерфейсу SPI предельно прост и, по сути, идентичен логике работы сдвигового регистра, которая заключается в выполнении операции сдвига и, соответственно, побитного ввода и вывода данных по определенным фронтам сигнала синхронизации. Получается, что сдвиговые регистры ведущего и ведомого устройств образуют кольцо. Данные обычно выдвигаются на линию старшим битом вперед. После передачи 8 тактов по линии синхронизации сдвиговые регистры ведущего и ведомого полностью обменяются данными (байтами). Далее полученные данные, если они являются значимыми, сохраняются в памяти этих устройств. Если есть еще байты для передачи, цикл повторяется. Цикл обмена данными по SPI может занимать сколько угодно тактов и начинается/заканчивается выбором/отменой выбора подчиненного устройства.

В один и тот же момент времени ведущий может обмениваться данными только с одним ведомым.

Кроме установки скорости обмена ведущий должен определить, по каким фронтам сигнала синхронизации будет выполняться чтение, а по каким – запись данных. Установка данных при передаче и выборка при приеме всегда выполняются по противоположным фронтам синхронизации. Это необходимо для гарантирования выборки данных после надежного их установления. Если к этому учесть, что в качестве первого фронта в цикле передачи может выступать нарастающий или падающий фронт, то всего возможно четыре варианта логики работы интерфейса SPI. Эти варианты получили название режимов SPI и описываются двумя параметрами:

- CPOL (полярность синхронизации) – исходный уровень сигнала синхронизации.

Если CPOL=0, то линия синхронизации до начала цикла передачи и после его окончания имеет низкий уровень (т.е. первый фронт нарастающий, а последний – падающий). Если CPOL=1, – высокий (т.е. первый фронт падающий, а последний – нарастающий).

- CPHA (фаза синхронизации). От этого параметра зависит, в какой последовательности выполняется установка и выборка данных. Если CPHA=0, то по переднему фронту в цикле синхронизации будет выполняться выборка данных, а затем, по заднему фронту, – установка данных. Если же CPHA=1, то установка данных будет выполняться по переднему фронту в цикле синхронизации, а выборка – по заднему.

Информация по режимам SPI обобщена в табл. 4.49.

Таблица 4. Режимы SPI Режимы SPI 0 1 2 CPOL 0 1 0 CPHA 0 0 1 Временная диаграмма первого цикла синхронизации Ведущая и ведомая микросхемы, работающие в различных режимах SPI, являются несовместимыми, поэтому, перед выбором подчиненных микросхем важно уточнить, какие режимы поддерживаются ведущим шины. Аппаратные модули SPI, интегрированные в микроконтроллеры, в большинстве случаев поддерживают возможность выбора любого режима SPI и, поэтому, к ним возможно подключение любых подчиненных SPI-микросхем (относится только к независимому варианту подключения). Кроме того, протокол SPI в любом из режимов легко реализуется программно.

Достоинства шины SPI • Полнодуплексный обмен.

• Скорость передачи выше, чем у I2C, SMBus.

• Протокол передачи битовый, а значит, гибкий для реализации и назначения:

Не ограничен передачей 8-битовых слов (можно и 12-битовые, и 16 битовые).

Можно выбирать размер, содержимое и назначение пакетов передачи, т.е.

определяется прикладной задачей, а не ограничивается стандартом (в отличие от I2C).

• Очень простая аппаратная реализация интерфейса:

Пониженное энергопотребление по сравнению с I2C (никаких pullup регистров).

Никаких механизмов арбитража (разрешения конфликтных ситуаций) и соответствующих им состояний отказа.

Ведомые устройства используют сигналы тактирования ведущего и не нуждаются в точных источниках тактирования.

Ведомый не нуждается в уникальном адресе по сравнению с I2C.

Все линии шины SPI являются однонаправленными, что существенно упрощает решение задачи преобразования уровней и гальванической изоляции микросхем.

• Является 4-проводным (по сравнению с параллельными интерфейсами), при этом при независимом подключении очередного подчиненного устройства нужна только одна дополнительная линия (SSn), все остальные являются разделяемыми.

• Протяженность SPI сравнима с интерфейсами RS-232, RS-485, CAN.

• Предельная простота протокола передачи на физическом уровне обуславливает высокую надежность и быстродействие передачи. Предельное быстродействие шины SPI измеряется десятками мегагерц и, поэтому, она идеальна для потоковой передачи больших объемов данных и широко используется в высокоскоростных ЦАП/АЦП, драйверах светодиодных дисплеев и микросхемах памяти.

Недостатки шины SPI • Больше линий, чем в I2C.

• Нет адресации в протоколе обмена (внутриполосной), используются отдельные (внеполосные) сигналы выбора (SS).

• Никакой аппаратной поддержки управления потоком данных.

• Никакой аппаратной реализации подтверждения наличия ведомого устройства, т.е.

ведущий может «разговаривать» с пустотой и не знать об этом.

• Может быть только один мастер (нет режима мультимастера, в отличие от I2C).

• Как такового стандарта не существует, например, как у I2C. Протокол I2C являетсяболее стандартизованным, поэтому, пользователь I2C-микросхем более защищен от проблем несовместимости выбранных компонентов.

2.5. Содержание практических занятий 2.5.1. Практическое занятие № 1 (4 часа).

Тема: Технические средства приема измерительной и управляющей информации Цель занятия: Расширить знания по техническим средствам приема измерительной и управляющей информации.

Содержание темы:

1. Устройства приема информации оптического излучения (инфракрасного, видимого, ультрафиолетового диапазонов).

2. Многоэлементные фотоприемники, матрицы на приборах с зарядовой связью, ваку умные и газонаполненные фотоэлементы.

3. Устройства ввода и вывода дискретных и число-импульсных сигналов.

4. Устройства гальванической развязки.

2.5.2. Практическое занятие № 2 (4 часа).

Тема: Технические преобразователи измерительной и управляющей информации Цель занятия: Изучить технические преобразователи измерительной и управляющей информации.

Содержание темы:

1. Аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи.

2. Принципы построения.

3. Основные характеристики и параметры.

2.5.3. Практическое занятие № 3 (4 часа).

Тема: Виды усилителей и их основные характеристики Цель занятия: Рассмотреть виды усилителей и их основные характеристики.

Содержание темы:

1. Усилители: импульсные, широкополосные, операционные, резонансные, полосовые, селективные.

2. Усилители постоянных сигналов. Основные характеристики и параметры.

3. Особенности анализа и проектирования.

2.5.4. Практическое занятие № 4 (4 часа).

Тема: Устройства связи с объектом управления Цель занятия: Рассмотреть устройства связи с объектом управления.

Содержание темы:

1. Понятие устройств связи с объектом управления (УСО).

2. Основные типы УСО, принципы организации.

2.5.5. Практическое занятие № 5 (8 часов).

Тема: Интерфейсы систем управления Цель занятия: Изучить основные интерфейсы систем управления.

Содержание темы:

1. Понятие интерфейсов систем управления.

2. Классификация, основные характеристики интерфейсов.

3. Системные (внутримашинные) интерфейсы.

4. Интерфейсы персональных компьютеров.

5. Приборные интерфейсы (ШЕЕ 488, IEC 625.1).

6. Интерфейсы устройств ввода-вывода.

7. Последовательные интерфейсы: RS232C, ИРПС, I2C, USB, RS422, RS485.

8. Параллельные интерфейсы: Centronis, ИРПР, ИРПР-М, ЕРР/ЕСР.

3. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 3.1. Перечень основной и дополнительной литературы 3.1.1. Основная литература:

1. Лачин В. И. Электроника: учеб. пособие. – Ростов н/Д: Феникс, 2009. – 703 с.

2. Безуглов Д. А. Цифровые устройства и микропроцессоры. – Ростов н/Д: Феникс, 2008. – 468 с.

3. Щука А. А. Электроника. – СПб.: БХВ-Петербург, 2008. – 752 с.

4. Лехин С. Н. Схемотехника ЭВМ. – СПб.: БХВ-Петербург, 2010. – 672 с.



Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.