Интерфейсы периферийных устройств

Назначение стенда

Стенд предназначен для проведения лабораторно-практических работ для студентов высших, средних и профессионально-технических учебных заведений с целью получения знаний, опыта и навыков работы с различными интерфейсами периферийных устройств. Стенд позволяет изучить в ходе выполнения лабораторно-практических работ различные интерфейсы, используемые при подключении периферии к ПК и другим устройствам. Рассматриваются интерфейсы PS/2, Centronics, USB, UART, RS-485, CAN, SPI, I2C и 1-wire. Данные интерфейсы используются как при взаимодействии узлов компьютера между собой, так и при работе с периферийными устройствами.

Внешний вид стенда

Состав

Базовая комплектация:

  1. Моноблок «Интерфейсы периферийных устройств» (1 шт.)
    1. Встроенный ПК (1 шт.)
    1. Блок контроллера периферийных устройств (2 шт.)
    1. Блок средств анализа сигналов и периферии (1 шт.)
    1. Блок средств связи (1 шт.)
  2. Мышь PS/2 (1 шт.)
  3. Клавиатура USB (1 шт.)
  4. USB-Flash накопитель (1 шт.)
  5. Соединительные провода (20 шт.)
  6. Комплект учебно-методических пособий.
  7. Программное обеспечение.

Комплектация ИПУ-С содержит дополнительно к базовой:

  1. Мышь USB (1 шт.)
  2. Клавиатура USB (1 шт.)
  3. Монитор (1 шт.)

Функциональность стенда и его структура

Стенд выполнен в виде моноблока, состоящего из набора модулей. На лицевой панели модулей выведены основные узлы и органы управления. Выводы на лицевой панели имеют защиту от неверной коммутации, что позволяет защитить порты микросхем от выхода из строя.

Стенд способен работать в двух режимах — классические лабораторные работы, позволяющие студентам выполнить всю последовательность работы самостоятельно, и в автоматический режим, позволяющий продемонстрировать изучаемые области без лишнего программирования и траты времени.

Автоматический режим отлично подходит для демонстраций на лекциях или как образец для выполнения работы в классическом режиме — в стенд уже встроены выполненные лабораторные работы, позволяющие быстро увидеть все особенности работы интерфейсов.

Блок контроллера периферийных устройств

Модуль содержит микроконтроллер (МК) и предназначен для управления периферией расположенных на модулях, для изучения интерфейсов, таких как CAN, RS-485, SPI, I2C и прочих. Модули программируются с персонального компьютера и имеют возможность отладки, позволяя выполнять программу по шагам и многое другое, значительно облегчая отладку программ.

Блок средств анализа и периферии.

Модуль содержит основные технические средства для получения временных диаграмм и осциллограмм, а также различную периферию для изучения интерфейсов связи. Для анализа интерфейсов в модуль встроен логический анализатор на 16 каналов и цифровой осциллограф на 2 канала. При помощи специального ПО можно анализировать и декодировать сигналы I2C, UART, SPI и другие.

Блок средств связи

Модуль содержит основные средства связи с периферийными устройствами для ПК и предназначен для изучения интерфейсов Centronics (LPT), PS/2, виртуального COM порта и USB. На лицевой панели выведены контакты этих интерфейсов (если это необходимо, то предварительно преобразованные к уровням ТТЛ).

Перечень лабораторных работ

  1. Знакомство с комплексом, изучение программного и аппаратного обеспечения модулей периферийных устройств. Управление портами ввода-вывода в модулях микроконтроллера. Программа анализа логического состояния портов. Логический анализатор: режимы работы, подключение к модулю микроконтроллеров. Анализ логического состояния портов микроконтроллера.
  2. Знакомство с комплексом, изучение программного и аппаратного обеспечения модулей периферийных устройств. Управление портами ввода-вывода в модулях микроконтроллера. Программа анализа логического состояния портов, управление светодиодами. Логический анализатор: режимы работы, подключение к модулю микроконтроллеров. Анализ логического состояния портов микроконтроллера.
  3. Интерфейс PS/2. Режимы работы, скорость, формат посылок. Эмуляция интерфейса с помощью микроконтроллера, анализ посылок на анализаторе. Подключение PS/2 мыши, изучение формата посылок, инициализации. Считывание перемещений мыши программой в модуле микроконтроллера.
  4. Интерфейс RS-232 (виртуальный COM-порт) и UART. Режимы, скорость работы. Режимы управления потоком, назначение управляющих линий. Физические уровни сигналов. Работа в режиме ведущего и ведомого. Создание программ в модули микроконтроллеров для обмена по этому интерфейсу. Обмен информацией с компьютером. Различные форматы посылок, биты четности. Анализ асинхронных кадров обмена.
  5. Интерфейс RS-485. Технические характеристики интерфейса, скорость работы, дальность связи. Согласование и смещение.
  6. Интерфейс SPI. Назначение линий, режимы работы: мастер, ведомый. Многоточечный режим работы. Реализация следующей схемы обмена: один модуль микроконтроллеров является ведомым устройством, второй модуль микроконтроллеров является ведущим.
  7. Интерфейс I2C. Назначение линий, состояния шины, режимы работы: мастер, ведомый. Генерация сигналов Start, Ack, Nack, Stop, ReStart. Мультимастерный режим работы. Реализация следующего типа обмена: оба модуля микроконтроллеров являются мастерами и периодически считывают информацию из периферийного устройства. Коллизии на шине, методы борьбы с ними.
  8. Интерфейс 1-wire. Режимы работы: обычное питание, паразитное питание. Генерация кадров обмена. Управление датчиком температуры с интерфейсом 1-wire (DS18B20). Считывание показаний температуры c датчика DS18B20. Ключи-таблетки «Touch memory»: считывание кодов, программирование. Программа – реализующая считывание кода с выводом на индикатор.
  9. Интерфейс CAN. Технические характеристики интерфейса, скорость работы, дальность связи. Формат кадров, арбитраж доступа, контроль ошибок.
  10. Интерфейс USB. Физическая реализация, изучение стека протокола. Типы и назначение конечных точек, типы посылок (управляющие, изохронные, блоковые и по прерыванию). Типовой протокол USB: HID. Создание программы, которая позволяет модулю USB-микроконтроллера определяться в системе как USB-клавиатура, запускать блокнот и выводить в него строку «Hello, world!».
  11. Интерфейс USB. Типовой протокол USB: Mass Storage Device. Реализация программы, которая позволяет определяться в компьютере как устройство хранения данных.
  12. Интерфейс USB. Типовой протокол USB: CDC Device. Реализация программы, которая позволяет модулю определяться в компьютере как виртуальный СОМ-порт. Реализация эхо-обмена с компьютером (возвращаем принятые байты).