МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ПОЛТАВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ КОЛЕДЖ

НАЦІОНАЛЬНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ

«ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Мікроконтролерний пристрій контролю напруги usb

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

ДО КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

КП.5.05010201.15 ПЗ

Курсовий проект

з мікропроцесорних систем

студента гр.33

Пасько Ю.Г.

Керівник: Жуковець О.О.

П олтава 2015

ЗМІСТ

Вступ 3

1.Порти та прилади 4

1.1. Порт USB 4

1.1.1.Специфікації USB 7

1.1.2.Живлення USB 11

1.1.3.Типи USB 11

1.2.Вольтметр 16

1.2.1. Загальна характеристика вольтметра 16

1.2.2. Класифікація вольтметра 17

1.2.3. Розширення діапазону вимірювань вольтметра 18

2.Проектування пристрою 19

2.1.PIC16F676 19

2.2.Принцип роботи пристрою. 23

3.Розробка програмного забезпечення 28

Висновки 29

Список використаних джерел 30

Додатки 31

Додаток А Текст програми 31

Додаток Б 16-річне представлення 32

ВСТУП

Порт USB є важливою частиною будь-якого сучасного пристрою. На мобільних телефонах його немає, але більшість сучасних смартфонів можуть заряджатися саме від цього порту. На кожен usb порт подається 5 вольт.

До USB порту ми з вами підключаємо флешки, жорсткі зовнішні диски, зовнішні CD / DVD приводу, принтери, сканери та багато іншого.

Перші специфікації для USB 1.0 були представлені в 1994-1995 роках. Розробка USB підтримувалася фірмами Intel, Microsoft, Philips, US Robotics. USB став «спільним знаменником» під трьома не пов'язаними один з одним прагненнями різних компаній:

Розширення функціональності комп'ютера. На той момент для підключення зовнішніх периферійних пристроїв до персонального комп'ютера використовувалося кілька «традиційних» (англ. Legacy) інтерфейсів (PS / 2, послідовний порт, паралельний порт, порт для підключення джойстика, SCSI), і з появою нових зовнішніх пристроїв розробляли і новий роз'єм. Передбачалося, що USB замінить їх все і заодно подхлестнёт розробку нетрадиційних пристроїв.

Підключити до комп'ютера мобільний телефон. У той час мобільні мережі переходили на цифрову передачу голосу, і жоден з наявних інтерфейсів не годився для передачі з телефону на комп'ютер як мови, так і даних.

1. Порти та прилади

1.1. Порт usb

USB- послідовний інтерфейс передачі даних для середньошвидкісних і низькошвидкісних периферійних пристроїв в обчислювальній техніці. Символом USB є чотири геометричні фігури: великий круг, мале коло, трикутник і квадрат, розташовані на кінцях деревовидної блок-схеми.

Розробка специфікацій на шину USB проводиться в рамках міжнародної некомерційної організації USB Implementers Forum (USB-IF), що об'єднує розробників і виробників обладнання з шиною USB.

Для підключення периферійних пристроїв до шини USB використовується чьотирьох кабель, при цьому два дроти (вита пара) в диференціальному включенні використовуються для прийому і передачі даних, а два дроти - для живлення периферійного пристрою. Завдяки вбудованим лініям живлення USB дозволяє підключати периферійні пристрої без власного джерела живлення (максимальна сила струму, споживаного пристроєм по лініях живлення шини USB, не повинна перевищувати 500 мА, у USB 3.0 - 900 мА).

Кабель USB (до 2.0 включно) складається з 4 мідних провідників - 2 провідника харчування і 2 провідники даних в кручений парі - і заземленою обплетення (екрану).

Кабелі USB орієнтовані, тобто мають фізично різні наконечники «до пристрою» (Тип B) і «до хоста» (Тип A). Можлива реалізація USB пристрої без кабелю, з вбудованим в корпус наконечником «до хоста». Можливо і нероз'ємне вбудовування кабелю в пристрій, як в миша (стандарт забороняє це для пристроїв full і high speed, але виробники його порушують). Існують (хоча й заборонені стандартом) і пасивні USB подовжувачі, які мають роз'єми «від хоста» і «до хоста».

За допомогою кабелів формується інтерфейс між USB-пристроями і USB-хостом. В якості хоста виступає програмно-керований USB-контролер, який забезпечує функціональність всього інтерфейсу. Контролер, як правило, інтегрований в мікросхему південного моста, хоча може бути виконаний і в окремому корпусі. З'єднання контролера з зовнішніми пристроями відбувається через USB-концентратор (інші назви - хаб, розгалужувач). В силу того, що USB-шина має деревоподібну топологію, концентратор самого верхнього рівня називається кореневим (root hub). Він вбудований в USB-контролер і є його невід'ємною частиною.

Для підключення зовнішніх пристроїв до USB-концентратора в ньому передбачені порти, що закінчуються роз'ємами. До роз'ємів за допомогою кабельного господарства можуть підключатися USB-пристрої, або USB-хаби нижніх рівнів. Такі хаби - активні електронні пристрої (пасивних не буває), що обслуговують кілька власних USB-портів. За допомогою USB-концентраторів допускається до п'яти рівнів каскадування, не рахуючи кореневого. USB-інтерфейс дозволяє з'єднати між собою і два комп'ютери, але це вимагає наявності спеціальної електроніки, що емулює Ethernet-адаптер з драйверної підтримкою з обох сторін.

Пристрої можуть бути запитані від шини, але можуть і вимагати зовнішнє джерело живлення. За замовчуванням пристроям гарантується струм до 100 мА, а після узгодження з хост-контроллером - до 500 мА. Підтримується і черговий режим для пристроїв і разветвителей по команді з шини зі зняттям основного харчування при збереженні чергового живлення і включенням по команді з шини.

USB підтримує «гаряче» підключення і відключення пристроїв. Це досягнуто збільшеною довжиною заземлюючого контакту роз'єму по відношенню до сигнальних. При підключенні роз'єму USB першими замикаються заземлюючі контакти, потенціали корпусів двох пристроїв стають рівні і подальше з'єднання сигнальних провідників не призводить до перенапряжениям, навіть якщо пристрої живляться від різних фаз силовий трифазної мережі.

На логічному рівні пристрій USB підтримує транзакції прийому і передачі даних. Кожен пакет кожної транзакції містить в собі номер крайовою точки (endpoint) на пристрої. При підключенні пристрою драйвери в ядрі ОС читають з пристрою список кінцевих точок і створюють керуючі структури даних для спілкування з кожної кінцевої точкою пристрою. Сукупність крайовою точки і структур даних в ядрі ОС називається каналом (pipe).

Прикінцеві точки, а значить, і канали, відносяться до одного з 4 класів - потоковий (bulk), керуючий (control), ізохронний (isoch) і переривання (interrupt). Низькошвидкісні пристрої, такі, як миша, не можуть мати ізохронні і потокові канали.

Керуючий канал призначений для обміну з пристроєм короткими пакетами «питання-відповідь». Будь-який пристрій має керуючий канал 0, який дозволяє програмному забезпеченню ОС прочитати коротку інформацію про пристрій, в тому числі коди виробника і моделі, використовувані для вибору драйвера, і список інших кінцевих точок.

Канал переривання дозволяє доставляти короткі пакети і в тому, і в іншому напрямку, без отримання на них відповіді / підтвердження, але з гарантією часу доставки - пакет буде доставлений не пізніше ніж через N мілісекунд. Наприклад, використовується в пристроях введення (клавіатури / миші / джойстики).

Ізохронний канал дозволяє доставляти пакети без гарантії доставки і без відповідей / підтверджень, але з гарантованою швидкістю доставки в N пакетів на один період шини (1 кГц у low і full speed, 8 МГц у high speed). Використовується для передачі аудіо- та відеоінформації.

Потоковий канал дає гарантію доставки кожного пакету, підтримує автоматичну зупинку передачі даних по небажанню пристрої (переповнення або спустошення буфера), але не дає гарантій швидкості і затримки доставки. Використовується, наприклад, в принтерах і сканерах.

Час шини ділиться на періоди, на початку періоду контролер передає всієї шині пакет «початок періоду». Далі протягом періоду передаються пакети переривань, потім ізохронні в необхідній кількості, в час, що залишився в періоді передаються керуючі пакети і в останню чергу потокові.

Активною стороною шини завжди є контролер, передача пакета даних від пристрою до контролера реалізована як коротке питання контролера і довгий, що містить дані, відповідь пристрою. Розклад руху пакетів для кожного періоду шини створюється спільним зусиллям апаратури контролера і ПО драйвера, для цього багато контролери використовують вкрай складний DMA зі складною DMA-програмою, що формується драйвером.

Розмір пакета для кінцевої точки є вшита в таблицю кінцевих точок пристрої константа, зміні не підлягає. Він вибирається розробником пристрою з числа тих, що підтримуються стандартом USB.