Antarmuka perangkat keras

Antarmuka (interaksi) adalah koneksi antara komponen dan peserta dalam sistem mikroprosesor.

V sistem mikroprosesor termasuk: perangkat keras, perangkat lunak, dan manusia... Oleh karena itu, jenis antarmuka berikut dibedakan:

• antarmuka perangkat keras;

• antarmuka perangkat lunak;

• antarmuka pengguna.

Antarmuka pemrograman disediakan oleh sistem operasi (jika ada). Antarmuka pengguna yang paling umum adalah antarmuka grafis (misalnya, desktop komputer dengan ikon atau tombol perintah di editor Microsoft Office Word) dan antarmuka joystick, tempat kami memilih perintah yang kami perlukan dengan menavigasi melalui menu (misalnya, ponsel , pengontrol yang dapat diprogram), yang juga merupakan jenis GUI.

Antarmuka perangkat keras adalah sistem bus, konektor, perangkat pencocokan, algoritme, dan protokol yang menyediakan komunikasi antara semua bagian sistem mikroprosesor. Kinerja dan keandalan sistem bergantung pada karakteristik antarmuka.

Dalam sistem mikroprosesor tertanam, antarmuka perangkat keras disediakan oleh pengontrol pembongkaran CPU.Pengontrol Ini adalah sirkuit mikro khusus yang dirancang untuk melakukan fungsi pemantauan dan kontrol. Pengontrol mengelola pengoperasian perangkat, misalnya, hard disk, memori akses acak, keyboard, dan memastikan koneksi perangkat ini dengan peserta lain di MS.

Ban dikendalikan oleh jembatan... Dalam MS kompleks, misalnya, seperti komputer pribadi, tempat sentral ditempati oleh «ChipSet» (ChipSet) - satu set jembatan dan pengontrol. Chipset berisi dua chip utama, yang secara tradisional disebut jembatan selatan dan jembatan utara (Gambar 1). Northbridge melayani bus sistem, bus memori, AGP (port grafis yang dipercepat) dan merupakan pengontrol utama komputer. South bridge menangani pekerjaan dengan perangkat eksternal (PCI bus — I / O bus untuk menghubungkan perangkat periferal).

Gambar 1 — Organisasi Pertukaran Data di Komputer Pribadi (PC)

Pengorganisasian interaksi antara prosesor dan perangkat eksternal adalah yang paling sulit, karena variasinya yang sangat banyak.

Antarmuka paralel dicirikan bahwa mereka menggunakan garis sinyal terpisah untuk mengirimkan bit dan bit ditransmisikan secara bersamaan. Antarmuka paralel klasik adalah port LPT.

Antarmuka transmisi data serial menggunakan jalur sinyal tunggal di mana bit informasi ditransmisikan secara berurutan satu demi satu.

Antarmuka serial paling sederhana, yang telah tersebar luas baik di komputer maupun di sistem industri, adalah standar RS-232, yang diimplementasikan oleh COM — port... Dalam otomasi industri, ini banyak digunakan RS-485.

Bus USB (Universal Serial Bus) menghubungkan berbagai perangkat periferal ke komputer Anda, termasuk ponsel dan elektronik konsumen.

Spesifikasi antarmuka pertama disebut USB 1.0, spesifikasi USB 2.0 saat ini digunakan, perangkat modern terhubung ke spesifikasi USB 3.0.

Standar USB 2.0 berisi empat jalur: penerimaan dan transmisi data, catu daya +5 V dan casing. Selain itu, USB 3.0 menambahkan empat jalur komunikasi lagi (2 untuk menerima dan dua untuk mengirim) dan sebuah casing.

Bus USB memiliki bandwidth tinggi (USB 2.0 menyediakan kecepatan transfer data maksimum hingga 480 Mbps, USB 3.0 — hingga 5.0 Gbps) dan tidak hanya menyediakan transfer data, tetapi juga catu daya ke perangkat eksternal berdaya rendah (arus maksimum perangkat konsumsi melalui saluran listrik bus USB, tidak boleh melebihi 500 mA untuk USB 2.0 dan 900 mA untuk USB 3.0), yang menghilangkan kebutuhan catu daya eksternal.

Antarmuka nirkabel (nirkabel) memungkinkan Anda menjauh dari kabel komunikasi, yang sangat penting untuk perangkat berukuran kecil, dalam ukuran dan berat yang sebanding dengan kabel. Menggunakan antarmuka nirkabel gelombang elektromagnetik inframerah (IrDA) dan rentang frekuensi radio (Bluetooth, nirkabel USB).

Antarmuka IRDA inframerah memungkinkan komunikasi nirkabel antara dua perangkat pada jarak hingga 1 meter. Komunikasi inframerah - Koneksi IR (inframerah) - aman untuk kesehatan, tidak menimbulkan gangguan pada rentang frekuensi radio dan memastikan privasi transmisi. Sinar infra merah tidak menembus dinding, sehingga area penerimaan terbatas pada area kecil yang mudah dikontrol.

Bluetooth (gigi biru) adalah antarmuka radio berdaya rendah (daya pemancar hanya sekitar 1 mW) untuk mengatur jaringan pribadi yang menyediakan transmisi data waktu nyata dalam jarak pendek. Setiap perangkat Bluetooth memiliki pemancar dan penerima radio 2,4 GHz. Kisaran antarmuka radio sekitar 100 m — untuk menutupi rumah standar.

Wireless USB (USB nirkabel) — antarmuka radio jarak pendek dengan bandwidth tinggi: 480 Mbps pada jarak hingga 3 meter dan 110 Mbps pada jarak hingga 10 meter. Ia bekerja pada rentang frekuensi 3,1 — 10,6 GHz.

Antarmuka RS-232 (RS — Standar yang Direkomendasikan) menghubungkan dua perangkat — komputer dan perangkat transfer data. Kecepatan transmisi 115 Kbps (maksimum), jarak transmisi 15 m (maksimum), skema koneksi point-to-point.

Sinyal dari antarmuka ini ditransmisikan oleh penurunan tegangan (3 … 15) V, oleh karena itu panjang jalur komunikasi RS-232 biasanya dibatasi pada jarak beberapa meter karena kekebalan kebisingan yang rendah. Ini paling sering digunakan dalam peralatan industri, di komputer pribadi digunakan untuk menghubungkan manipulator tipe "mouse", modem. Antarmuka RS-232 umumnya tidak memungkinkan jaringan karena hanya menghubungkan 2 perangkat.

Gambar 2 — konektor RS-232 tipe DB9

Antarmuka RS-485 adalah antarmuka serial industri anti-macet berkecepatan tinggi yang banyak digunakan untuk transmisi data dua arah. Hampir semua komputer modern dalam desain industri, sebagian besar sensor dan drive berisi satu atau beberapa penerapan antarmuka RS-485.

Satu pasang kabel bengkok (twisted pair) cukup untuk transmisi dan penerimaan data.Transmisi data dilakukan dengan menggunakan sinyal diferensial (sinyal asli melewati satu kabel, dan salinan kebalikannya ada di kabel lainnya.). Perbedaan tegangan satu polaritas antara kabel berarti logis, perbedaan polaritas lainnya berarti nol.

Di hadapan interferensi eksternal, tap di kabel yang berdekatan adalah sama, dan karena sinyal adalah perbedaan potensial pada kabel, level sinyal tetap tidak berubah. Ini memberikan kekebalan kebisingan yang tinggi dan total panjang jalur komunikasi hingga 1 km (dan lebih banyak lagi dengan menggunakan perangkat khusus — repeater).

Antarmuka RS-485 menyediakan pertukaran data antara beberapa perangkat melalui jalur komunikasi dua kabel dalam mode setengah dupleks (penerimaan dan transmisi melewati sepasang kabel yang dipisahkan waktu). Ini banyak digunakan dalam industri untuk membuat sistem kontrol proses.

Ethernet (ether — ether) — teknologi transmisi data yang digunakan di sebagian besar jaringan komputer lokal. Antarmuka ini didasarkan pada standar IEE 802.3. Sementara antarmuka RS-485 dapat dianggap sebagai basis satu-ke-banyak, Ethernet bekerja pada basis banyak-ke-banyak.

Ada beberapa opsi tergantung pada kecepatan bit dan media transmisi:

• Ethernet — 10 Mbps

• Ethernet Cepat — 100 Mbps

• Gigabit Ethernet — 1 Gbps

• Ethernet 10 Gigabit

Kabel koaksial, pasangan bengkok (biaya rendah, kekebalan kebisingan tinggi) dan kabel optik (pembuatan saluran yang lebih panjang dan saluran komunikasi berkecepatan tinggi) digunakan sebagai media transmisi.

Pasangan bengkok (twisted pair) — sejenis kabel komunikasi, adalah satu atau lebih pasang kabel berinsulasi yang dipilin menjadi satu dan ditutup dengan selubung plastik.

Misalnya, kabel FTP (twisted pair — twisted pair dengan pelindung foil biasa dan konduktor tembaga untuk mengalirkan arus induksi), 4 pasang (padat), kategori 5e (Gambar 3). Kabel dimaksudkan untuk pemasangan stasioner di gedung, struktur, dan pekerjaan dalam sistem kabel terstruktur. Dirancang untuk aplikasi yang beroperasi pada rentang frekuensi dengan batas atas 100 MHz.

Gambar 3 — pasangan bengkok: 1 — selubung luar, 2 — pelindung foil, 3 — kawat penguras, 4 — film pelindung, 5 — pasangan bengkok

Pada tingkat fisik, protokol Ethernet diimplementasikan dalam bentuk kartu jaringan yang tertanam dalam sistem mikroprosesor dan hub yang menghubungkan sistem satu sama lain.

Jaringan industri (Profinet, EtherNet / IP, EtherCAT, Ethernet Powerlink) dibangun berdasarkan Ethernet, yang berhasil bersaing dengan jaringan yang dikembangkan sebelumnya Profibus, DeviceNet, CANopen, dll.