Выбор и обоснование интерфейса

 

Интерфейс — совокупность унифицированных технических и программных средств и правил (описаний, соглашений, протоколов), обеспечивающих одновременное взаимодействие устройств и/или программ в вычислительной системе или обеспечение соответствия систем.

По принципу обмена информацией интерфейсы делятся на:

Параллельные – имеют шины (совокупность линий передачи бинарных кодов), которые передают целое слово цифровых данных сразу. Быстродействующие, но неэкономичны, громоздки и имеют низкую помехозащищенность.

Последовательные – передают цифровую информацию побитно, пакетами и сравнительно с параллельными – медленно. Применяют при передаче на большие расстояния, там, где требуются простые, экономичные системы с высокой помехоустойчивостью.

По режиму обмена информацией могут быть интерфейсы, в которых передача может идти одновременно в обе стороны, (любой модуль может передавать информацию по интерфейсу в произвольный момент времени) – такие системы называют дуплексными. Если в интерфейсе возможна в данный момент времени передача только от одного из модулей – такие системы называют симплексными. Полудуплексный режим предполагает, что любой из модулей может начать работу, если интерфейс свободен. Мультиплексный режим работы – в каждый момент времени связь может быть между любой парой модулей в системе (в магистральном интерфейсе, например).

Обмен информацией может быть осуществлен синхронным и асинхронным методами.

Синхронный метод передачи и приема сигналов производится в фиксированные моменты времени. Темп обмена информацией при асинхронном методе определяется сигналом квитирования. Этот метод особенно эффективен при обмене информацией с различным быстродействием функциональных блоков.

Выбранная модель АЦП TC7109/A, производства фирмы «Microchip», (рис. 7) использует параллельный интерфейс для передачи данных.

Рис. 7. Схема АЦП MAX11312

Для преобразования выходных данных АЦП в последовательный код (рис. 9) применен универсальный асинхронный приемопередатчик HD-6402, «intersil».

Универсальный асинхронный приёмопередатчик (УАПП, англ. Universal Asynchronous Receiver-Transmitter, UART) — узел вычислительных устройств, предназначенный для организации связи с другими цифровыми устройствами. Преобразует передаваемые данные в последовательный вид так, чтобы было возможно передать их по одной физической цифровой линии другому аналогичному устройству. Метод преобразования хорошо стандартизован и широко применяется в компьютерной технике (особенно во встраиваемых устройствах и системах на кристалле (SoC)).

Представляет собой логическую схему, с одной стороны подключённую к шине вычислительного устройства, а с другой имеющую два или более выводов для внешнего соединения.

Для сопряжения последовательного интерфейса UART с ПК выбран преобразователь интерфейса UART – USB PL2303, «Prolific» (рис. 8).

Рис. 8. Схема согласования интерфейса

 

Интерфейс USB универсальная последовательная шина, предназначенная для периферийных устройств. Шина USB представляет собой последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств. Для высокоскоростных устройств лучше применять FireWire.

USB-кабель представляет собой две витые пары: по одной паре происходит передача данных в каждом направлении (дифференциальное включение), а другая пара используется для питания периферийного устройства (+5 В). Благодаря встроенным линиям питания, обеспечивающим ток до 500 мА, USB часто позволяет применять устройства без собственного блока питания (если эти устройства потребляют ток силой не более 500 мА).

К одному контроллеру шины USB можно подсоединить до 127 устройств через цепочку концентраторов (они используют топологию "звезда"). В отличие от многих других стандартных типов разъемов, для USB характерны долговечность и механическая прочность.

Существуют три скорости работы устройств USB 2.0:

· Low-speed 10—1500 Кбит/c;

· Full-speed 0,5—12 Мбит/с;

· Hi-speed 25—480 Мбит/с.

Подключение разъема интерфейса USB осуществляется по следующим контактам:

D+/D- - передача данных;

V_DD – напряжение питания + 5 В;

V_SS – земля.

 

Построение мат. модели ИК

 

Математическая модель ИИС в общем виде представляется сверткой:

,

где - функция измерительного преобразователя;

- входной измеряемый сигнал.

Математическая модель емкостного датчика перемещения имеет линейный характер:

,

где k – коэффициент, учитывающий относительную диэлектрическую проницаемость среды и площадь обкладок кондестаора, .

 

Продольной упругой деформации проволоки соответствует относительное изменение её сопротивления:

где - изменение сопротивления тензорезистора;

– номинальное сопротивление тензорезистора.

Таким образом, можно выразить математическую модель тензорезистора линейной функцией:

,

где k – коэффициент пропорциональности, учитывающий номинальное сопротивление тензорезистора.

Рассмотрим в качестве примера построение ММ, учитывающей влияние ВВ на примере ИК, состоящего из линейных аналоговые компонентов, приняв, что изменением во времени ВВ можно пренебречь.

Интегральное соотношение связывает выходной сигнал у(t) ИК с основными характеристиками самого канала и действующими на него входным сигналом х(t) и возмущениями.

Рис. 7. Структурная модель ИК ИИС

Математическая модель ИК связывает выходной сигнал У(t) с основными характеристиками самого канала, действующими на него входным сигналом Х(t) и возмущениями влияющих величин η(t) (рис. 7).

ИК, находящиеся под воздействием ВВ описывается случайной импульсной переходной функцией, отражающей совокупность 2 эффектов преобразования: инерционности и стохастичности, которые можно рассматривать как действующие независимо. Модель такого ИК можно представить в виде двух соединенных последовательно элементов, первый из которых определяет динамические свойства ИК, а второй, являющийся безынерционным преобразователем со случайным коэффициентом преобразования, учитывает стохастичность.

Тогда общую импульсную переходную функцию ИК можно представить через импульсные переходные функции g₁(t, τ),

g₁(t, τ) = g₀(t-τ)

g₂(t, τ), = k₀(t)δ(t-τ)

и выражением:

где g₀(t - τ) - импульсная переходная функция ИК в нормальных условиях;

k₀(t) - случайный коэффициент преобразования, учитывающий стохастический характер неконтролируемых воздействий;

S (t - τ)- дельта-функция;

k₀(t) можно представить суммой детерминированной и случайной составляющей: ,

Где k_c– значение коэффициента преобразования в нормальных условиях,

ε(t) – составляющая, учитывающая случайный характер коэффициента преобразования под воздействием ВВ.

Модель пригодна для определения импульсной переходной функции, коэффициентов чувствительности функции влияния а_i и b_i характеристик дополнительной неопределенности показаний ИК обусловленной воздействием ВВ (составляющие неопределенности от воздействия систематических эффектов н спектральные характеристики).

Для нормальных условий динамическая модель принимает вид:

,

для статического режима, когда и рабочих условий

эксплуатации:

для статического режима в нормальных условиях эксплуатации:

Эта модель служит для определения неопределенности показаний ИК в нормальных условиях его применения.