Пояснительная_записка (1211002), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Рисунок 2.1 – Размещение сетевой и питающей аппаратуры в учебной аудитории

Пульт табло БМРЦ мозаичного типа для своего функционирования в комплексе «ПОЛИГОН» требуют наличие питание постоянного напряжения 5 В и переменного 24 В для работы УСО и для горения ячеек пульт табло соответственно.

Питание в 5 В все стенды получают от независимых источников питания, находящихся непосредственно у самих пультов. Станции, находящиеся в комнатах с 1 по 3 получают напряжение в 24 В от собственный источников. В комнатах с 5 по 8 это напряжение подаётся из комнаты 6 от трансформатора.

2.1.1.2 Структура устройства сопряжения объектов

Для того чтобы понять какой структуры следует проектировать устройство, необходимо проанализировать функциональную схему модернизируемой лабораторной установки (рисунок 2.2) [1].

Программный комплекс «ПОЛИГОН» использует для организации связи объектов управления и контроля (пульт – табло) с компьютером LPT интерфейс.

Физически устройство сопряжения состоит из 3-х частей: матрицы опроса объектов контроля (кнопок пульта); плат непосредственного управления объектами (лампы пульта) и управляющей платы, на которой находятся основные элементы схемы. Матрица опроса и платы управления объектами имеют прямую связь с управляющей платой, которая в свою очередь соединена с компьютером. Поэтому имеет высокую востребованность создание программы для диагностики ошибок.

Общие принципиальные схемы управляющей платы, плат управления объектами и матрицы опроса кнопок представлены на 1 листе графического материала.

Рисунок 2.2 – Функциональная схема устройства сопряжения

Функциональная схема работы устройства сопряжения ПК через стандартный LPT интерфейс выполняет передачу данных на УСО по 3 шинам передачи данных:

• 8-разрядная однонаправленная (от ПК к УСО) шина данных (ШД), контакты D0-D7;

• 4-разрядная однонаправленная (от ПК к УСО) шина управления (ШУ) контакты C0-C3;

• 5-разрядный однонаправленный (от УСО к ПК) канал входной информации (КВИ), контакты S3-S7

Сигналы по шинам данных поступают на интерфейсную плату, которая обеспечивает взаимодействие с платами управления индикацией и платами опроса кнопок.

LPT порт представляет собой 25-контактый 2-рядный разъём DB-25-female. Основным назначением которого являлось подключение к ПК принтеров и сканеров. Интерфейс разъёма представлен на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 – Интерфейс разъёма LPT

Контакты интерфейса имеют различное назначение. Так порт содержит характерные для параллельных интерфейсов сигнальные линии. Для передачи данных 8 линий, строб и линии состояния устройства. Данные передаются однонаправленно, однако 5 обратных линий используются для контроля состояния подключенного объекта.

Таблица 2.1 – Таблица сигналов LPT интерфейса

Интерфейс, разработанный фирмой Centronics Data Computer Corporation имел большое распространение в индустриальных компьютерах прошлого поколения. На данный момент стандарт IEEE 1284 не имеет такой популярности в современных ПК. Скорость передачи параллельного интерфейса может достигать 1,2 Мбит/с. Таким образом необходимо сконструировать устройство которое сможет обмениваться данными со скоростью не менее той, которая имеется сейчас, используя более распространённый порт.

2.2.2 Выбор порта ПК для обмена данными

Для обмена информацией между УСО и ПК необходимо задействовать один из существующих на данный момент портов материнской платы. Основная особенность у ПК не индустриального исполнения, используемых в лаборатории состоит в том, что из всех портов, самым распространённым являются универсальные последовательный интерфейс (USB). К нему подключаются все последние модели принтеров, сканеров, клавиатур, мышей.

2.2.3 Особенности шины USB

Основная цель стандарта, поставленная перед его разработчиками - создать реальную возможность пользователям работать в режиме Plug&Play с периферийными устройствами. Это означает, что должно быть предусмотрено подключение устройства к работающему компьютеру, автоматическое распознавание его немедленно после подключения и последующей установки соответствующих драйверов.

Кроме этого, желательно питание маломощных устройств подавать с самой шины. Скорость шины должна быть достаточной для подавляющего большинства периферийных устройств. Попутно решается историческая проблема нехватки ресурсов на внутренних шинах IBM PC совместимого компьютера - контроллер USB занимает только одно прерывание независимо от количества подключенных к шине устройств [5].

Рисунок 2.4 – Разъём USB 2.0 серия «А»

Таблица 2.2 – Распайка USB

Номер контакта	Назначение	Цвет провода
1	V BUS	Красный
2	D-	Белый
3	D+	Зеленый
4	GND	Черный

Назначения проводов:

• GND - цепь "корпуса" для питания периферийных устройств

• V BUS - +5V также для цепей питания

• Шина D+ предназначена для передачи данных

• Шина D- для приема данных.

Универсальный Последовательный Интерфейс - предназначен для подключения периферийных устройств к персональному компьютеру. Позволяет производить обмен информацией с периферийными устройствами на трех скоростях (спецификация USB 2.0).
Спецификация USB 2.0:

• низкая скорость (Low Speed - LS) - 1,5 Мбит/с;

• полная скорость (Full Speed - FS) - 12 Мбит/с;

• высокая скорость (High Speed - HS) - 480 Мбит/с.

Для подключения периферийных устройств используется 4-проводной кабель: +5 В, сигнальные провода D + и D-, общий провод.

Интерфейс USB соединяет хост и устройство. Хост находится внутри персонального компьютера и контролирует работу всего интерфейса. Чтобы подключить более одного устройства к одному USB-порту, используются концентраторы (концентратор, подключаемый к интерфейсу других устройств). Корневой концентратор находится внутри компьютера и подключен непосредственно к хосту.

Все передачи данных по интерфейсу инициируются хостом. Данные передаются в виде пакетов. В интерфейсе USB используется несколько разновидностей пакетов.

Пакет-признак (token paket) описывает тип и направление передачи данных, адрес устройства и порядковый номер конечной точки (КТ - адресуемая часть USB-устройства); пакет-признаки бывают нескольких типов: IN, OUT, SOF, SETUP.

Пакет с данными (data packet) содержит передаваемые данные.

Пакет согласования (handshake packet) предназначен для сообщения о результатах пересылки данных.

В интерфейсе USB используются несколько типов пересылок информации:

- управляющая пересылка (control transfer) используется для конфигурации устройства, а также для других специфических для конкретного устройства целей;

- потоковая пересылка (bulk transfer) используется для передачи относительно большого объема информации;

- пересылка с прерыванием (iterrupt transfer) используется для передачи относительно небольшого количества информации, для которой важно отправить ее вовремя. Имеет ограниченную продолжительность и повышенный приоритет для других видов транспорта;

- изохронная пересылка (isochronous transfer) также называется потоковой пересылкой реального времени. Информация, передаваемая в такой передаче, требует реального масштаба времени, когда она создается, отправляется и принимается.

Так как быстродействие USB 2.0 Low Speed практически идентично скорости обмена данными по шине LPT, стоит использовать простой для разработки софт V-USB, который представляет собой программную реализацию Low Speed для микроконтроллеров AVR.

2.2.4 Выбор устройства обработки информации

2.2.4.1 Выбор микроконтроллера, отвечающего задачам проекта

В настоящее время рынок микроконтроллеров поставляет обильное количество электроники, которая способна выполнять практически любые вычислительные задачи. Такие микросхемы имеют в распоряжении, в зависимости от производителя, огромный спектр разнообразной периферии и внутренних аппаратов достижения различных целей.

Микроконтроллером называется интегральная микросхема, выполненная на одном, в основном, кристалле. Как говорилось ранее, такая схема включает в себя не только сам процессор, но также оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), энергонезависимую память (EEPROM) и самые различные периферийные устройства:

• встроенный тактовый генератор и сторожевой таймер;

• компараторы;

• таймеры;

• массивы Flash-памяти;

• радиочастотные приёмники и передатчики;

• аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи;

• контроллеры дисплеев и клавиатур;

• контроллеры бесколлекторных двигателей, в том числе шаговых;

• широтно-импульсные модуляторы (ШИМ);

• универсальные цифровые порты, которые возможно настраивать как на ввод, так и на вывод данных;

• интерфейсы ввода-вывода (UART, I²C, SPI, CAN, USB, IEEE 1394, Ethernet).

Компании производители выпускают различные семейства контроллеров:

• Toshiba ARM-basedMCUs;

• MSP430 (TI);

• С8051F34x;

• Freescale Semiconductor ARM9-based MCUs;

• Atmel Cortex, ARM7 и ARM9-based MCUs;

• Texas Instruments Stellaris MCUs;

• NXP ARM-based LPC MCUs;

• MCS 51 (Intel);

• AnalogDevices ARM7-based MCUs;

• CirrusLogic ARM7-based MCUs;

• ST Microelectronics STM32 ARM-based MCUs;

• ARM (ARM Limited);

• PIC (Microchip);

• AVR (Atmel).

Микроконтроллеры производят в различных корпусах для различных способов монтажа, чаще всего это DIP и TQFP. Для изготовления неавтоматическим способом платы лучше использовать DIP корпус из-за достаточно большого расстояния между ножками контроллера.

2.2.4.2 Микроконтроллеры фирмы AVR

Для создания нашего устройства будет выбран контроллер семейства AVR фирмы производителя ATMEL с точки зрения их распространённости и обильного числа библиотек для работы с ними.

Характеристики

Список файлов ВКР