Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование микропроцессорных систем. Учебное пособие
.pdf
мере те дескрипторы, что приведены на рисунке 15, чтобы быть «узнанным»
хостом [14].
Рисунок 15 - Дескрипторы USB
В течение энумерации дескрипторы устройства отправляются в хост, а
хост присваивает устройству уникальный адрес. Дескрипторы подробно
описаны в девятой главе спецификации USB 2.0 [14].
У устройства USB может быть только один дескриптор устройства. Этот
дескриптор описывает все устройство. Он дает информацию о версии USB,
максимальном размере пакета для нулевой конечной точки, идентификаторе
производителя, идентификаторе продукта, версии продукта, количестве
51
возможных конфигураций устройства и т.д. Нижеприведенная таблица 21
Поле
Описание
bLength
Размер дескриптора
bDescriptorType
Дескриптор устройства
bcdUSB
Версия USB
bDeviceClass
Код класса ( если 0, то класс будет определен для каждого
из интерфейсов, если 0xff, то класс определяется
производителем)
bDeviceSubClass
Код подкласса (присваивается USB org)
bDeviceProtocol
Код протокола (присваивается USB org)
bMaxPacketSize
Максимальный размер пакета для 0 конечной точки в
байтах. Он должен быть равен 8 (Low Speed) и 16, 32 или
64 (Full Speed).
idVendor
Идентификатор производителя (присваивается USB org)
idProduct
Идентификатор продукта (присваивается производителем)
bcdDevice
Версия устройства (присваивается производителем)
iManufacturer
Индекс строкового дескриптора производителя
iProduct
Индекс строкового дескриптора продукта
iSerialNumber
Индекс строкового дескриптора серийного номера
bNumConfiguration
Количество конфигураций
иллюстрирует структуру этого дескриптора [14].
Таблица 21 - Дескриптор устройства
USB устройство может иметь более одного дескриптора конфигурации,
однако, большинство устройств имеют только одну конфигурацию. Этот
дескриптор определяет режим питания устройства (с собственным источником
питания или с питанием от шины), максимальный ток потребления устройства,
интерфейсы, которые поддерживает устройство, общий размер данных
дескрипторов и т.д.
Например, у одного устройства может быть 2 конфигурации, одна с
питанием от шины и другая с собственным источником питания. Также можно
представить себе, что в разных конфигурациях устройство использует
различные режимы передачи данных. Нижеприведенная таблица 22
иллюстрирует структуру этого дескриптора [14].
52
Таблица 22 - Дескриптор конфигурации
Поле
Описание
bLength
Размер дескриптора
bDescriptor
Дескриптор конфигурации
wTotalLength
Полный размер дескриптора
bNuminterface
Количество интерфейсов
bConfigurationValue
Количество конфигураций
bMaxpower
В единицах 2мА
Поле
Описание
bLength
Размер дескриптора
bDescriptorType
Дескриптор интерфейса
bInterfaceNumber
Номер интерфейса
bAltenativeSetting
Используется для выбора заменяющего интерфейса
bNumEndpoint
Количество конечных точек (за исключением нулевой
конечной точки)Number of endpoints (excluding endpoint 0)
bInterfaceClass
Код класса (присваивается USB org)
bInterfaceSubClass
Код подкласса (присваивается USB org)
0 нет подкласса
1 подкласс загрузочного устройства
iInterface
Индекс строкового дескриптора интерфейса
Одно устройство может иметь несколько дескрипторов интерфейса.
Основная информация, содержащаяся в этом дескрипторе - количество
конечных точек, используемых этим интерфейсом и класс и подкласс USB.
Нижеприведенная таблица 22 иллюстрирует структуру этого дескриптора.
Таблица 22 - Дескриптор интерфейса
Дескриптор конечной точки (Endpoint Descriptor) используется для
описания таких параметров конечной точки, как:
– направление (IN или OUT);
– поддерживаемый тип передачи (по прерываниям, передача массивов
данных, изохронный);
– размер конечной точки, интервал передачи данных, в случае передачи
по прерываниям, и т.д.
53
Архитектура программного обеспечения USB разработана так, чтобы
избежать любого сопряжения с аппаратным обеспечением (уровень драйверов
не должен изменяться пользователем). Программная библиотека USB может
обеспечить процесс энумерации и USB устройства и USB хоста согласно главе
9 спецификации USB 2.0.
Пример приложения двойного назначения базируется на трех различных
задачах:
– usb_task (usb_task.c) – задача, реализующая нижний уровень процесса
энумерации USB устройства или хоста. Когда эта задача «обнаруживает»
полностью работоспособное соединение с USB шиной, она изменяет различные
флаги статуса, которые могут быть проверены с помощью задач приложения
высокого уровня;
– шаблонная задача устройства (device_template_task.c) осуществляет
работу приложения высокого уровня. Эта задача содержит USB приложение
пользователя, которое может выполняться по завершению процесса
энумерации;
– шаблонная задача хоста (host_template_task.c) представляет собой
приложение высокого уровня, которое начинает свою работу после энумерации
подключенного устройства.
В режиме устройства существует два интерфейса:
– первый интерфейс использует IN/OUT передачи массивов данных в
закольцованном режиме (все получаемые в OUT конечную точку данные
посылаются обратно через IN конечную точку).
– второй интерфейс отправляет данные через IN конечную точку по
прерываниям.
Хост в шаблонном приложении распознает, энумерует и использует оба
интерфейса устройства [14].
Если в технических требованиях присутствует беспроводная передача
данных, то необходимо выбрать тип. На рисунке 16 представлена
классификация способов связи.
54
Рисунок 16 - Классификация способов связи
Рассмотрим несколько видов способов связи. Для проводной передачи
данных могут использоваться интерфейсы Ethernet и USB.
Ethernet - это технология сетевого соединения, которая позволяет
устройствам обмениваться данными в локальной сети. Ethernet использует
кабели для передачи данных между устройствами и стандарты протоколов для
управления передачей данных. Ethernet-модули обычно используются в
проектах, связанных с Интернетом вещей (IoT), где микроконтроллер должен
взаимодействовать с другими устройствами в локальной сети или в Интернете.
Они имеют встроенную поддержку протоколов, таких как TCP/IP, HTTP, FTP,
Telnet и других [22,27].
USB (Universal Serial Bus) - это стандартная технология для подключения
устройств к компьютеру или другому устройству [35]. USB-интерфейс
обеспечивает устройствам возможность обмена данными с компьютером, а
также позволяет устройству получать питание через USB-кабель. Стандарт USB
определяет различные версии интерфейса, такие как USB 1.0, USB 2.0, USB 3.0,
USB 3.1 и т.д., которые различаются по скорости передачи данных и другим
параметрам. На микроконтроллерах могут быть установлены специальные
55
контроллеры USB, которые позволяют устройству работать как USB-хост или
как USB-устройство, в зависимости от потребностей проекта.
Для беспроводной передачи данных существуют разные решения.
Самыми популярными каналами связи являются WI-FI, Bluetooth, сотовая
(мобильная) связь.
Bluetooth - это беспроводная технология передачи данных, которая
позволяет устройствам взаимодействовать друг с другом через
короткодистанционное радио соединение . Технология Bluetooth основывается
на использовании радиоволн с частотой 2,4 ГГц. Диапазон частот,
используемый Bluetooth, делится на 79 каналов. Каждый канал имеет ширину 1
МГц и может быть использован для передачи данных с помощью частотномодулированного сигнала.
GSM (Global System for Mobile Communications) - это стандарт цифровой
сотовой связи, который используется в большинстве стран мира [31]. Он
позволяет передавать голосовые сообщения, текстовые сообщения и данные
между мобильными телефонами и другими устройствами, подключенными к
сети GSM. GSM использует цифровое кодирование для передачи голоса и
данных. Он работает в частотном диапазоне от 900 МГц до 1800 МГц и
использует различные каналы для передачи данных [30].
Wi-Fi (Wireless Fidelity) - это технология беспроводной связи, которая
позволяет устройствам, подключенным к локальной сети, обмениваться
данными через радиоволновую связь [34]. Wi-Fi использует стандарт IEEE
802.11, который определяет параметры передачи данных, каналы и протоколы.
Wi-Fi работает на частотах 2,4 ГГц и 5 ГГц. Сигнал Wi-Fi может проходить
через стены и другие препятствия, но его качество может снижаться при
наличии многих препятствий на пути. Чем меньше расстояние между
устройствами и точкой доступа, тем лучше качество связи. Wi-Fi обеспечивает
скорость передачи данных до 1 Гбит/с [33].
56
4 Разработка электрических схем МПС
4.1 Электрические схемы аппаратных модулей
В результате выбора аппаратных компонентов проектируемой
микропроцессорной системы необходимо привести условные графические
изображения всех элементов схемы с указанием их выводов и напряжений
питания. В данном разделе необходимо распределить все порты
микроконтроллера по тем элементам и модулям, которые были выбраны для
реализации заданных функций МПС.
Главным звеном МПС является микроконтроллер или платформа Arduino.
На рисунке 17 представлена схема расположения контактов микроконтроллера
ATmega328.
Рисунок 17 — Схема расположение контактов ATmega328
Внешний вид и условное графическое обозначение микросхем датчика
температуры DS18B20 и датчика влажности DHT22 показан на рисунках 18, 19.
57
Рисунок 18 - Внешний вид и условное графическое обозначение
микросхемы датчика температуры DS18B20
Рисунок 19 - Внешний вид и условное графическое обозначение
микросхемы датчика влажности DHT22
Для отображения измеренных значений в МПС обязательно
использовать LCD дисплей. Распространенной моделью является MT–1602H.
Жидкокристаллический индикатор MT–1602H состоит из БИС контроллера
управления и ЖК панели. Контроллер управления КБ1013ВГ6, производства
ОАО «АНГСТРЕМ», аналогичен HD44780 фирмы HITACHI и KS0066 фирмы
SAMSUNG. Индикатор выпускается со светодиодной подсветкой. Внешний
вид приведен на рисунке 20. Индикатор позволяет отображать 2 строки по 16
символов. Символы отображаются в матрице 5х8 точек. Между символами
имеются интервалы шириной в одну отображаемую точку. Каждому
отображаемому на LCD символу соответствует его код в ячейке ОЗУ
индикатора. Индикатор содержит два вида памяти — кодов отображаемых
символов и пользовательского знакогенератора, а также логику для
58
управления LCD панелью. Функциональная схема LCD дисплея представлена
на рисунке 21.
‒
‒
Рисунок 20 — Функциональная схема LCD дисплея
Wi-Fi модуль предназначен для использования с платформой Arduino и
позволяет создавать беспроводные сети на основе стандарта Wi-Fi. Такой
модуль дает возможность использовать беспроводное соединение для передачи
данных между устройствами или получения доступа к Интернету. Условное
графическое обозначение Wi-fi модуля приведено на рисунке 21.
Рисунок 21 – Условное графическое обозначение Wi-fi модуля
Аналогично приводится описание всех выбранных модулей и элементов.
В качестве примера приведем выбор операционного усилителя для
микропроцессорной системы мониторинга параметров радиовещания.
59
Операционный усилитель (ОУ) — усилитель постоянного тока с
дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий
высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с
глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому
коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи
полученной схемы. В настоящее время ОУ получили широкое применение, как
в виде отдельных чипов, так и в виде функциональных блоков в составе более
сложных интегральных схем. Такая популярность обусловлена тем, что ОУ
является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным,
на основе которого можно построить множество различных электронных узлов.
Операционные усилители различают по следующим характеристикам:
– дифференциальный коэффициент усиления по напряжению Ku;
– коэффициент ослабления синфазного сигнала КОСС;
– напряжение смещения нуля Uсм;
– входной ток Iвх;
– разность входных токов инвертирующего и неинвертирующего входов
Iр;
– коэффициент влияния источников питания Kв.ип;
– коэффициенты температурных дрейфов перечисленных параметров.
Для выбора операционного усилителя разрабатываемой ССПОД нет
необходимости анализа всех параметров. Требуемый усилитель должен
отвечать следующим характеристикам:
– однополярное напряжение питания от 3 до 5 вольт;
– полоса пропускаемых частот от 20 Гц до 20 кГц или выше;
– температурный диапазон от 0 до +40 0С;
– предназначен для функционирования в звуковой радиотехнике.
Кроме того, для упрощения схемы и минимизации количества
используемых элементов, один корпус должен содержать от 2 до 4
независимых операционных усилителя. Одним из таких является операционный
усилитель фирмы Texas Instruments LM 224. Данный операционный усилитель
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]