हार्डवेयर इंटरफेस

एक इंटरफ़ेस (इंटरैक्शन) एक माइक्रोप्रोसेसर सिस्टम में घटकों और प्रतिभागियों के बीच का संबंध है।

वी माइक्रोप्रोसेसर प्रणाली शामिल हैं: हार्डवेयर, सॉफ्टवेयर और लोग... इसलिए, निम्न प्रकार के इंटरफेस प्रतिष्ठित हैं:

• हार्डवेयर इंटरफ़ेस;

• सॉफ्टवेयर इंटरफ़ेस;

• प्रयोक्ता इंटरफ़ेस।

ऑपरेटिंग सिस्टम द्वारा प्रदान किया गया प्रोग्रामिंग इंटरफ़ेस (यदि कोई हो)। सबसे आम यूजर इंटरफेस एक ग्राफिकल इंटरफेस हैं (उदाहरण के लिए, माइक्रोसॉफ्ट ऑफिस वर्ड एडिटर में आइकन या कमांड बटन वाला एक कंप्यूटर डेस्कटॉप) और जॉयस्टिक इंटरफेस, जहां हम मेनू के माध्यम से नेविगेट करके कमांड का चयन करते हैं (उदाहरण के लिए, मोबाइल फोन , प्रोग्रामेबल कंट्रोलर), जो कि एक प्रकार का GUI भी है।

एक हार्डवेयर इंटरफ़ेस बसों, कनेक्टर्स, मिलान करने वाले उपकरणों, एल्गोरिदम और प्रोटोकॉल की एक प्रणाली है जो एक माइक्रोप्रोसेसर सिस्टम के सभी भागों के बीच संचार प्रदान करता है। सिस्टम का प्रदर्शन और विश्वसनीयता इंटरफ़ेस की विशेषताओं पर निर्भर करती है।

एम्बेडेड माइक्रोप्रोसेसर सिस्टम में, हार्डवेयर इंटरफ़ेस CPU ऑफ़लोड नियंत्रकों द्वारा प्रदान किया जाता है।नियंत्रक यह एक विशेष माइक्रोक्रिकिट है जिसे निगरानी और नियंत्रण कार्यों को करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। नियंत्रक डिवाइस के संचालन का प्रबंधन करता है, उदाहरण के लिए, हार्ड डिस्क, रैंडम एक्सेस मेमोरी, कीबोर्ड, और एमएस में अन्य प्रतिभागियों के साथ इस डिवाइस का कनेक्शन सुनिश्चित करता है।

टायरों को पुलों द्वारा नियंत्रित किया जाता है... जटिल एमएस में, उदाहरण के लिए, एक पर्सनल कंप्यूटर, केंद्रीय स्थान «चिपसेट» (चिपसेट) - पुलों और नियंत्रकों का एक सेट द्वारा कब्जा कर लिया जाता है। चिपसेट में दो मुख्य चिप्स होते हैं, जिन्हें परंपरागत रूप से साउथ ब्रिज और नॉर्थ ब्रिज (चित्र 1) कहा जाता है। नॉर्थब्रिज सिस्टम बस, मेमोरी बस, एजीपी (त्वरित ग्राफिक्स पोर्ट) का कार्य करता है और कंप्यूटर का मुख्य नियंत्रक है। दक्षिण पुल बाहरी उपकरणों (पीसीआई बस - परिधीय उपकरणों को जोड़ने के लिए आई / ओ बस) के साथ काम करता है।

चित्र 1 - पर्सनल कंप्यूटर (पीसी) में डेटा एक्सचेंज संगठन

उनकी विशाल विविधता के कारण प्रोसेसर और बाहरी उपकरणों के बीच बातचीत का संगठन सबसे कठिन है।

समानांतर इंटरफेस की विशेषता यह है कि वे बिट्स को प्रसारित करने के लिए अलग-अलग सिग्नल लाइनों का उपयोग करते हैं और बिट्स एक साथ प्रसारित होते हैं। क्लासिक समांतर इंटरफ़ेस एक एलपीटी पोर्ट है।

एक सीरियल डेटा ट्रांसमिशन इंटरफ़ेस एक सिंगल सिग्नल लाइन का उपयोग करता है, जिस पर सूचनाओं के बिट्स एक के बाद एक क्रमिक रूप से प्रसारित होते हैं।

सबसे सरल सीरियल इंटरफ़ेस, जो कंप्यूटर और औद्योगिक प्रणालियों दोनों में व्यापक हो गया है, RS-232 मानक है, जिसे COM द्वारा कार्यान्वित किया जाता है — बंदरगाह... औद्योगिक स्वचालन में, यह व्यापक रूप से RS-485 का उपयोग किया जाता है।

एक यूएसबी (यूनिवर्सल सीरियल बस) बस सेल फोन और उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स सहित आपके कंप्यूटर से विभिन्न प्रकार के परिधीय उपकरणों को जोड़ती है।

पहले इंटरफ़ेस विनिर्देश को USB 1.0 कहा जाता है, वर्तमान में USB 2.0 विनिर्देश का उपयोग किया जाता है, आधुनिक उपकरण USB 3.0 विनिर्देश से जुड़े हैं।

USB 2.0 मानक में चार लाइनें होती हैं: डेटा रिसेप्शन और ट्रांसमिशन, +5 V बिजली की आपूर्ति और केस। इनके अलावा, USB 3.0 चार और संचार लाइनें (2 प्राप्त करने के लिए और दो संचारण के लिए) और एक केस जोड़ता है।

यूएसबी बस में एक उच्च बैंडविड्थ है (यूएसबी 2.0 480 एमबीपीएस, यूएसबी 3.0 - 5.0 जीबीपीएस तक की अधिकतम डेटा ट्रांसफर दर प्रदान करता है) और न केवल डेटा ट्रांसफर प्रदान करता है, बल्कि कम-शक्ति वाले बाहरी उपकरणों (अधिकतम वर्तमान) को बिजली की आपूर्ति भी प्रदान करता है। USB बस की विद्युत लाइनों के माध्यम से खपत उपकरण, USB 2.0 के लिए 500 mA और USB 3.0 के लिए 900 mA से अधिक नहीं होना चाहिए), जो बाहरी बिजली आपूर्ति की आवश्यकता को समाप्त करता है।

वायरलेस (वायरलेस) इंटरफेस आपको संचार केबलों से दूर जाने की अनुमति देता है, जो विशेष रूप से छोटे आकार के उपकरणों के लिए महत्वपूर्ण है, आकार और वजन में केबलों की तुलना में। वायरलेस इंटरफेस का उपयोग करना विद्युतचुम्बकीय तरंगें इन्फ्रारेड (आईआरडीए) और रेडियो फ्रीक्वेंसी रेंज (ब्लूटूथ, यूएसबी वायरलेस)।

एक इन्फ्रारेड आईआरडीए इंटरफ़ेस 1 मीटर तक की दूरी पर दो उपकरणों के बीच बेतार संचार की अनुमति देता है। इन्फ्रारेड संचार - आईआर (इन्फ्रारेड) कनेक्शन - स्वास्थ्य के लिए सुरक्षित, रेडियो फ्रीक्वेंसी रेंज में हस्तक्षेप नहीं करता है और ट्रांसमिशन की गोपनीयता सुनिश्चित करता है। इन्फ्रारेड किरणें दीवारों से नहीं गुजरती हैं, इसलिए स्वागत क्षेत्र एक छोटे, आसानी से नियंत्रित क्षेत्र तक सीमित है।

ब्लूटूथ (ब्लू टूथ) कम दूरी पर रीयल-टाइम डेटा ट्रांसमिशन प्रदान करने वाले व्यक्तिगत नेटवर्क को व्यवस्थित करने के लिए एक कम-शक्ति रेडियो इंटरफ़ेस (केवल 1 मेगावाट ट्रांसमीटर शक्ति) है। प्रत्येक ब्लूटूथ डिवाइस में 2.4 GHz रेडियो ट्रांसमीटर और रिसीवर होता है। एक मानक घर को कवर करने के लिए रेडियो इंटरफ़ेस की सीमा लगभग 100 मीटर है।

वायरलेस यूएसबी (यूएसबी वायरलेस) - उच्च बैंडविड्थ वाला एक शॉर्ट-रेंज रेडियो इंटरफ़ेस: 480 एमबीपीएस 3 मीटर तक की दूरी पर और 110 एमबीपीएस 10 मीटर तक की दूरी पर। यह फ्रीक्वेंसी रेंज 3.1 - 10.6 GHz में काम करता है।

एक RS-232 (RS - अनुशंसित मानक) इंटरफ़ेस दो उपकरणों को जोड़ता है - एक कंप्यूटर और एक डेटा ट्रांसफर डिवाइस। ट्रांसमिशन स्पीड 115 केबीपीएस (अधिकतम) है, ट्रांसमिशन दूरी 15 मीटर (अधिकतम) है, कनेक्शन स्कीम पॉइंट-टू-पॉइंट है।

इस इंटरफ़ेस से सिग्नल (3 … 15) V के वोल्टेज ड्रॉप द्वारा प्रेषित होते हैं, इसलिए RS-232 संचार लाइन की लंबाई, एक नियम के रूप में, कम शोर प्रतिरक्षा के कारण कई मीटर की दूरी तक सीमित होती है। इसका उपयोग अक्सर औद्योगिक उपकरणों में किया जाता है, एक व्यक्तिगत कंप्यूटर में इसका उपयोग "माउस" प्रकार के मैनिपुलेटर, एक मॉडेम को जोड़ने के लिए किया जाता है। RS-232 इंटरफ़ेस आम तौर पर नेटवर्किंग की अनुमति नहीं देता है क्योंकि यह केवल 2 उपकरणों को जोड़ता है।

चित्र 2 — DB9 प्रकार RS-232 कनेक्टर

RS-485 इंटरफ़ेस दो-तरफ़ा डेटा ट्रांसमिशन के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला उच्च गति, एंटी-जैमिंग औद्योगिक सीरियल इंटरफ़ेस है। औद्योगिक डिजाइन में लगभग सभी आधुनिक कंप्यूटर, अधिकांश सेंसर और ड्राइव में RS-485 इंटरफ़ेस का एक या दूसरा कार्यान्वयन होता है।

डेटा ट्रांसमिशन और रिसेप्शन के लिए तारों की एक मुड़ जोड़ी (मुड़ जोड़ी) पर्याप्त है।अंतर संकेतों का उपयोग करके डेटा ट्रांसमिशन किया जाता है (मूल सिग्नल एक तार पर जाता है, और इसकी रिवर्स कॉपी दूसरे पर होती है।) तारों के बीच एक ध्रुवता के वोल्टेज अंतर का अर्थ तार्किक है, दूसरे ध्रुवता के अंतर का अर्थ शून्य है।

बाहरी हस्तक्षेप की उपस्थिति में, आसन्न तारों में नल समान होते हैं, और चूंकि सिग्नल तारों में संभावित अंतर होता है, सिग्नल स्तर अपरिवर्तित रहता है। यह उच्च शोर प्रतिरक्षा और संचार लाइन की कुल लंबाई 1 किमी (और विशेष उपकरणों - रिपीटर्स के उपयोग के साथ अधिक) प्रदान करता है।

RS-485 इंटरफ़ेस आधे-द्वैध मोड में दो-तार संचार लाइन पर कई उपकरणों के बीच डेटा विनिमय प्रदान करता है (रिसेप्शन और ट्रांसमिशन समय-अलग तारों की एक जोड़ी के माध्यम से गुजरता है)। प्रक्रिया नियंत्रण प्रणाली बनाने के लिए उद्योग में इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

ईथरनेट (ईथर - ईथर) - अधिकांश स्थानीय कंप्यूटर नेटवर्क में उपयोग की जाने वाली डेटा ट्रांसमिशन तकनीक। यह इंटरफ़ेस IEE 802.3 मानक पर आधारित है। जबकि RS-485 इंटरफ़ेस को एक-से-अनेक आधार पर माना जा सकता है, ईथरनेट कई-से-अनेक आधार पर काम करता है।

बिट दर और संचरण माध्यम के आधार पर कई विकल्प हैं:

• ईथरनेट - 10 एमबीपीएस

• फास्ट ईथरनेट - 100 एमबीपीएस

• गीगाबिट ईथरनेट - 1 जीबीपीएस

• 10 गीगाबिट ईथरनेट

ट्रांसमिशन मीडिया के रूप में समाक्षीय केबल, मुड़ जोड़ी (कम लागत, उच्च शोर प्रतिरक्षा) और ऑप्टिकल केबल (लंबी लाइनों और उच्च गति संचार चैनलों का निर्माण) का उपयोग किया जाता है।

ट्विस्टेड पेयर (ट्विस्टेड पेयर) — एक प्रकार की संचार केबल, एक या एक से अधिक जोड़ी इंसुलेटेड तारों को एक साथ घुमाया जाता है और प्लास्टिक की म्यान से ढका जाता है।

उदाहरण के लिए, एफ़टीपी केबल (मुड़ जोड़ी - प्रेरित धाराओं को निकालने के लिए एक सामान्य पन्नी ढाल और तांबे के कंडक्टर के साथ मुड़ जोड़ी), 4 जोड़े (ठोस), श्रेणी 5e (चित्र 3)। केबल इमारतों, संरचनाओं में स्थिर स्थापना और संरचित केबल सिस्टम में काम करने के लिए अभिप्रेत है। 100 मेगाहर्ट्ज की ऊपरी सीमा के साथ आवृत्ति रेंज में काम करने वाले अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया।

चित्रा 3 - मुड़ जोड़ी: 1 - बाहरी म्यान, 2 - पन्नी ढाल, 3 - नाली तार, 4 - सुरक्षात्मक फिल्म, 5 - मुड़ी हुई जोड़ी

भौतिक स्तर पर, ईथरनेट प्रोटोकॉल को माइक्रोप्रोसेसर सिस्टम और हब में एम्बेडेड नेटवर्क कार्ड के रूप में कार्यान्वित किया जाता है जो सिस्टम को एक दूसरे से जोड़ते हैं।

औद्योगिक नेटवर्क (Profinet, EtherNet / IP, EtherCAT, Ethernet Powerlink) ईथरनेट के आधार पर बनाए गए हैं, जो पहले से विकसित नेटवर्क Profibus, DeviceNet, CANopen, आदि के साथ सफलतापूर्वक प्रतिस्पर्धा करते हैं।