3. Часть 1-5 (1229611), страница 3
Текст из файла (страница 3)
К данному порту проще всего получить доступ из-под операционной системы, состоянием линий вывода можно управлять непосредственно, а уровень напряжения на входных линиях порта можно также в реальном времени считывать из определенных регистров. Очень важным является тот факт, что уровни сигналов на входах и выводах совместимы с ТТЛ. Для данного интерфейса не требуется формирование точных временных интервалов, как в USB или RS232, данные синхронизируются, посредством изменения сигнала на одном из многочисленных выводов LPT-разъема.
Таблица 2.2 - Сигналы и распайка коннектора LPT-порта.
| Pin No (D-Type 25) | Pin No (Centronics) | Название сигнала | Направление ввода-вывода | Регистр | Аппаратное инвертирование |
| 1 | 1 | nStrobe | In/Out | Control | Yes |
| 2 | 2 | Data 0 | Out | Data | |
| 3 | 3 | Data 1 | Out | Data | |
| 4 | 4 | Data 2 | Out | Data | |
| 5 | 5 | Data 3 | Out | Data | |
| 6 | 6 | Data 4 | Out | Data | |
| 7 | 7 | Data 5 | Out | Data | |
| 8 | 8 | Data 6 | Out | Data | |
| 9 | 9 | Data 7 | Out | Data | |
| 10 | 10 | nAck | In | Status | |
| 11 | 11 | Busy | In | Status | Yes |
| 12 | 12 | Paper-Out | In | Status | |
| PaperEnd | |||||
| 13 | 13 | Select | In | Status | |
| 14 | 14 | nAuto-Linefeed | In/Out | Control | Yes |
| 15 | 32 | nError / nFault | In | Status | |
| 16 | 31 | nInitialize | In/Out | Control |
Продолжение таблицы 2.2
| Pin No (D-Type 25) | Pin No (Centronics) | Название сигнала | Направление ввода-вывода | Регистр | Аппаратное инвертирование |
| 17 | 36 | nSelect-Printer | In/Out | Control | Yes |
| nSelect-In | |||||
| 18 – 25 | 19-30 | Ground | Gnd |
Но явным недостатком, в задаче отыскания наиболее подходящего интерфейса для осуществления радиосвязи, является «громоздкость» LPT-порта, присущая всем параллельным интерфейсам. В таблице 2.2 подчеркиванием выделены сигналы необходимые для реализации простейшего интерфейса – SPP (Standard Parallel Port), это очень много, против трех в RS232C. Мы при всем желании не сможем использовать все «ресурсы» LPT-порта. В режиме, когда производительность порта максимальна (ECP или EPP), работать с ним почти так же сложно, как и с USB. Этот порт (в режиме SPP) идеально подходит для отладки и проектировки простейших устройств, подключающихся к компьютеру, или для устройств требующих повышенной скорости передачи (в режиме ECP – принтер, например). Ни того, ни другого нам не нужно. Кроме того, если посмотреть на таблицу 2.2, то видно, что некоторые линии данных аппаратно инвертируются, что может вызвать некоторые проблемы.
Еже один, третий вариант – создание собственной интерфейсной платы, написание драйвера и интерфейса пользователя, требует множество ресурсов, усложняет и увеличивает стоимость устройства. Хотя, в результате применения собственной интерфейсной платы, за счет усложнения интерфейсной части внутри ЭВМ, упрощается внешняя часть, но приводит к неоправданному увеличению стоимости, так как в очень редких случаях требуется уменьшение и упрощение внешнего модуля устройства.
И все-таки из многочисленных вариантов, наиболее подходящим является COM-порт, и главное его преимущество в том, что стандартный программный интерфейс Windows (API) позволяет непосредственно управлять некоторыми выходными линиями и контролировать входные. Кроме того, почти всегда в компьютере имеется свободный COM-порт. Но мы будем использовать не интерфейс RS232, а воспользуемся возможностью непосредственно изменять и считывать состояние входов и выходов COM-порта, разработаем довольно простой интерфейс связи с микроконтроллером.
Рисунок 2.2 - Общий вид периферийных разъемов ПЭВМ
2.5 Анализ микроконтроллерных устройств
Микроконтроллер (МК) в комплексе выполняет очень важную роль. Во-первых, так как для связи с ЭВМ был выбран COM-порт, то необходимо некое вычислительное устройство, которое будет преобразовывать данные, принимаемые от ЭВМ в особой форме, в данные, подготовленные для передачи в эфир -радиоканал. Во-вторых, предполагается, что в эфире находится более 50 датчиков давления так как данная система имеет свою актуальность в длинносоставных поездах, поэтому нужно предусмотреть адресацию устройств – добавлять пересылаемым данным адрес устройства, к которому происходит обращение. В-третьих, в приемном модуле шифрованный сигнал, передающийся через радиоэфир, необходимо дешифровать и «развернуть», и МК выполняет функцию дешифратора. И, наконец, МК обеспечивает возможность вручную управлять устройствами, в отсутствие или во время неработоспособности ЭВМ – аварийный режим.
Сейчас многие фирмы, выпускают МК, играющие в современных системах автоматики, измерительной и электронной техники ведущую роль. Это обусловлено их малой стоимостью и простотой использования. МК - это устройство, содержащее тактовый генератор, препроцессор, АЛУ с архитектурой RISC, оперативную память, разделенную на регистры, ПЗУ- или Flash-память, содержащую коды исполняемой программы, и интерфейсные модули, позволяющие вводить данные в МК и выводить данные из МК. Микроконтроллеры различаются по разрядности АЛУ, объему ОЗУ, ПЗУ и Flash-памяти, по параметрам питания, максимальной тактовой частоте, количеству интерфейсных модулей и наличием дополнительных функций (ШИМ-контроллер, АЦП, ЦАП, поддержка RS232 и др.).
При выборе МК необходимо учитывать:
- тактовую частоту МК, а так же количество тактов, необходимых для выполнения одной команды.
- разрядность АЛУ (хотя чем больше разрядность, тем производительнее МК, как правило, МК с большей разрядностью имеют стоимость большую, чем МК с меньшей разрядностью, поэтому выбирать контроллер необходимо из соображений «необходимой достаточности»).
- количество интерфейсных модулей, и наличие специализированных модулей (для управления аналоговыми устройствами потребуется ШИМ-контроллер, для получения аналоговой информации потребуется АЦП).
- электрические параметры (напряжение питания, потребляемые токи, уров уровни напряжений логических «0» и «1»).
- объем оперативной памяти и памяти программ (код исполняемой программы должен умещаться в МК, необходимо предусмотреть дополнительное пространство памяти для модификации и доработки программы).
- стоимость МК (имеющие приблизительно равные параметры, но выпущенные различными фирмами, существенно различаются в цене).
Наиболее распространенными и доступными микроконтроллерами среднего класса, оптимальными в отношении «цена/качество», являются МК фирмы Microchip Technology Inc. Cовременные МК среднего семейства PICmicro (PIC16/PIC17) характеризуются:
- высокой производительностью; высокоскоростная 8-битная архитектура RISC позволяет выполнять до 5 млн. операций в секунду;
- электрически перепрограммируемой памятью;
- минимальным энергопотреблением;
- минимальным размером корпуса;
- комплектацией хорошо подобранными, дополнительными интерфейсными модулями.
2.6 Выбор приемо-передающего устройства
Базовая станция «общается» с удаленными датчиками давления посредством радиосвязи. Для этого, в случае односторонней связи, на одной стороне должен находиться передатчик – устройство, преобразующее электрический сигнал в радиоволны, и излучающее их в эфир, а на другой стороне должен находиться приемник – устройство, осуществляющее преобразование обратное преобразованию передатчика. Такой пример (рисунок 2.3) можно привести на телеметрической системе контроля бдительности машиниста (ТСКБМ).
Рисунок 2.3 – Функциональная схема прибора ТСКБМ-П
Недостатком такого способа передачи, для нашего случая, является ненадежность связи на более длительном расстоянии (ТСКБМ – до 2,5м), возникшие в эфире помехи могут прервать связь, а передающее устройство об этом не будет «знать». Решением проблемы является использование двусторонней связи, при которой каждое из устройств комплектуется и приемником, и передатчиком. В этом режиме возможно использование интерфейса, с обратной связью, проверяющего доставку верных данных. При двусторонней связи возможно два режима. Первый режим – дуплексный, при котором одновременно работают и приемник, и передатчик. Дуплексный режим очень удобен, но его очень сложно реализовать, поэтому его редко используют в радиосвязи. Второй режим – симплексный, при котором передатчик и приемник работают по очереди. Большинство устройств радиосвязи работают в симплексном режиме, и создать такой приемо-передатчик (ПП) гораздо проще, поэтому его мы и будем использовать.
Для разработки приемо-передатчика необходимо знать, на какой частоте будет производиться связь, и какова допустимая мощность передатчика. Для обеспечения высокой дальности связи необходим мощный передатчик, но тогда его придется регистрировать в Госсвязьнадзоре. Для запуска комплекса в серийное производство, целесообразно зарегистрировать определенную длину волны для таких устройств, и комплектовать их мощными ПП, работающими на одной частоте, ведь интерфейс позволяет подключить неограниченное [ ] количество устройств. Заменить ПП в комплексе не составит труда, и на работе комплекса это никак не отразится (ПП всего лишь позволяет избавиться от кабелей и «навесить» на один канал неограниченное количество устройств). Поэтому в демонстрационной модели воспользуемся маломощным ПП, обеспечивающим радиус действия комплекса ≈ 300 метров, но на самом деле, если расположить удаленные станции цепочкой и воспользоваться функцией ретрансляции, то эту цепочку можно вытянуть на многие километры. Это можно выполнить при распределенной тяге поездов (рисунок 2.4).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
