Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Моделирование устройств интерфейсов в среде Proteus. Практикум
.pdf
Практическое занятие №8
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ИНФРАКРАСНОГО
ИНТЕРФЕЙСА IrDA
Цель занятия: Изучение инфракрасного интерфейса IrDA и приобретение навыков
его моделирования в среде Proteus.
1. Основы инфракрасного интерфейса IrDA
В 1993 году была создана ассоциация разработчиков систем инфракрасной
передачи данных IrDA (Infrared Data Association), призванная обеспечить совместимость
оборудования от различных производителей с помощью группы стандартов,
описывающих протоколы физического и логического уровня передачи данных с
использованием инфракрасного диапазона световых волн в качестве носителя.
Инфракрасный канал связи является разновидностью атмосферной оптической линии
связи ближнего радиуса действия, безопасен для здоровья, не создает помех в
радиочастотном диапазоне и обеспечивает конфиденциальность передачи. Инфракрасные
(ИК) лучи не проходят через стены, поэтому зона приема ограничивается небольшим,
легко контролируемым пространством.
Типовая блок-схема организации IrDA-канала приведена на рисунке.
Неотъемлемой частью IrDA-канала является ИК приемо-передающий модуль,
расположенный на каждой из сторон линии связи. Излучателем для передатчика является
светодиод, имеющий пик спектральной характеристики мощности 880 нм; светодиод
дает конус эффективного излучения с углом около 30°. В качестве приемника используют
PIN-диоды, эффективно принимающие ИК-лучи в конусе 15°. Наличие и передатчика и
приемника на каждой из сторон является необходимым для использования протоколов
гарантированной доставки данных.
IrPHY (Infrared Physical Layer Specification) – представляет собой обязательный
протокол самого низкого уровня среди спецификаций IrDA. Соответствует физическому
уровню сетевой модели OSI. Основные характеристики спецификации IrPHY выглядят
следующим образом:
Дальность: не менее одного метра.
Минимальное поддерживаемое отклонение от оси приемника/передатчика: не
менее 15°.
Скорость передачи данных: до 16 Мбит/c (в разработке 100 Mбитная версия).
Модуляция: немодулированный сигнал, без несущей.
Диапазон волн: от 850 до 880 нанометров.
41
Режим передачи данных: полудуплексный.
Поддиапазон
Скорость
SIR (Serial Infrared)
MIR (Medium Infrared)
FIR (Fast Infrared)
VFIR (Very Fast Infrared)
9,6 кбит/с; 19,2 кбит/с; 38,4 кбит/с; 57,6 кбит/с; 115,2 кбит/с
0,576 Мбит/с и 1,152 Мбит/с
от 9600 бит/с до 4 Мбит/с
от 9,6 кбит/с до 16 Мбит/с
Спецификация не определяет максимальных допустимых значений для таких
параметров как дальность или отклонение от оси, тем не менее, типичное расположение
устройств для организации соединения подразумевает расстояние от 5 до 50 сантиметров,
на одной оси. Устройства с односторонней связью, как правило, поддерживают дальность
не менее 10 метров.
Скорости передачи данных делятся на несколько поддиапазонов - SIR, MIR, FIR,
VFIR, UFIR каждый из которых характеризуется не только разными скоростями, но и
использованием различных схем кодирования. Так для SIR- поддиапазона (стандартный
асинхронный режим передачи) нулевое значение бита кодируется импульсом
длительностью 3/16 битового интервала, единичное — отсутствием импульсов. Несколько
отличается кодирование для скоростей 9,6 – 57,6 кбит/с: нулевой бит кодируется
посылкой импульсов с частотой 500 кГц, единичный — отсутствием импульсов.
Для скоростей 0,576 и 1,152 Мбит/с используется синхронный режим передачи и
кодирование, аналогичное протоколу SIR, но с длительностью импульса 1/4-битового
интервала. Для контроля достоверности кадр содержит 16-битный CRC-код.
Для скорости 4 Мбит/с также применяется синхронный режим, но кодирование
несколько сложнее. Здесь каждая пара смежных битов кодируется позиционноимпульсным кодом: 00 —> 1000, 01 —> 0100, 10 —> 0010, 11 —>0001 (в четверках
символов «1» означает посылку импульса в соответствующей четверти двухбитового
интервала). Такой способ кодирования позволил вдвое снизить частоту включения
светодиода по сравнению с предыдущим. Для повышения достоверности применяется 32битный CRC-код.
IrLAP (Infrared Link Access Protocol) – обязательный протокол второго уровня,
располагается поверх IrPHY, соответствует канальному уровню сетевой модели OSI.
IrLAP отвечает за контроль доступа, поиск расположенных вблизи устройств,
установление и поддержку двунаправленного соединения, распределение первичной и
вторичной ролей среди устройств. IrLAP делит все сообщающиеся устройства на одно
первичное и остальные (одно и более) вторичные. Первичное устройство контролирует
все вторичные и может передавать им данные без "разрешения". Вторичное устройство
может отправлять данные только по запросу первичного.
IrLMP (Infrared Link Management Protocol) – обязательный протокол третьего
уровня, соответствует сетевому уровню модели OSI. Состоит из двух подуровней: LM-
MUX (Link Management Multiplexer) и LM-IAS (Link Management Information Access
Service) . LM-MUX отвечает за разделение потока данных на различные каналы связи и
смену первичных/вторичных устройств. LM-IAS отвечает за публикацию списка
доступных сервисов и доступ клиентских устройств к опубликованным сервисам.
42
Протокол IrLAN обеспечивает доступ к локальным сетям, позволяя передавать
кадры сетей Ethernet и Token Ring. Для ИК-подключения к локальной сети требуется
устройство-провайдер с интерфейсом IrDA, подключенное обычным (проводным)
способом к локальной сети, и соответствующая программная поддержка в клиентском
устройстве (которое должно войти в сеть).
Протокол IrCOMM позволяет через ИК-связь эмулировать обычное проводное
подключение: 3-проводное по RS-232C (TXD, RXD и GND) и 9-проводное по RS-232C
(весь набор сигналов СОМ-порта).
Перечисленными протоколами не исчерпывается весь список протоколов,
имеющих отношение к ИК-связи.
2. Порядок выполнения задания
1. Ознакомиться с изложенным выше кратким описанием инфракрасного
интерфейса IrDA.
2. Моделировать работу инфракрасного канала связи двух микроконтроллеров U1 и
U2, для чего создать средствами программы ISIS Proteus следующую принципиальную
электрическую схему:
3. В настройках передающего U1 и принимающего U2 микроконтроллеров
установить Clock Frequency 4MHz, Advanced Properties: Watchdog Clock 1MHz и ввести
программные файлы соответственно SEND 2323 IRDA.hex и REC 2313 IRDA.hex из источника,
указанного преподавателем.
4. Запустить процесс моделирования. С помощью интерактивной кнопки
моделировать передачу импульсных сигналов, фиксируя их осциллографом и
светодиодом D1. Объяснить характер осциллограмм и установить их соответствие
единичному и нулевому биту передаваемых данных. В случае неработоспособности
схемы проанализировать ошибки в окне VSM Studio Output и принять меры к их
устранению.
43
5. Моделировать передачу цифровых данных с помощью инфракрасного канала
связи двух микроконтроллеров DD1 и DD2, для чего создать средствами программы ISIS
Proteus следующую принципиальную электрическую схему:
6. В настройках передающего DD1 и принимающего DD2 микроконтроллеров
установить Clock Frequency 4MHz, Advanced Properties: Watchdog Clock 1MHz и ввести
программные файлы соответственно SEND 2313 IRDA byte.hex и REC 2313 IRDA byte.hex из
источника, указанного преподавателем.
7. Запустить процесс моделирования. Изменяя положение четырех интерактивных
переключателей DSW1 из состояния OFF в состояние ON и наоборот, контролировать по
индикаторам передающей и принимающей стороны цифровые данные в следующем
порядке: 0, 3, 7, 9. Фиксировать и объяснить характер осциллограмм передаваемых
данных.
8. Оформить протокол и ознакомиться с контрольными вопросами.
3. Содержание отчета
1. Название и цель занятия.
2. Скриншоты схем и осциллограмм, исследованных в работе.
3. Основные выводы по выполненному заданию.
4. Контрольные вопросы
1 . Перечислите основные преимущества и недостатки интерфейса IrDA.
2 . Какие элементы используются в качестве излучателя и приемника IrDA-интерфейса?
3. Перечислите основные характеристики спецификации IrPHY.
4 . Как называются поддиапазоны интерфейса IrDA?
5 . Какие схемы кодирования используются в интерфейсе IrDA?
6 . Перечислите скорости передачи данных в поддиапазонах интерфейса IrDA.
7 . Что регламентирует протокол IrLAP?
8 . Что регламентирует протокол IrLMP?
9. Что регламентирует протокол IrLAN?
10. Что регламентирует протокол IrCOMM?
Рекомендуемый библиографический список
1. Программа Proteus Design Suite (Win) http://www.labcenter.com.
2. Смирнов В.И. Проектирование и схемотехническое моделирование
микропроцессорных устройств: учеб. пособие / В.И. Смирнов. – Ульяновск: УлГТУ, 2013.
3. Кузьминов А.Ю. Интерфейс RS-232. Связь между компьютером и
микроконтроллером. – М.: Радио и связь, 2004.
44
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]