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;
VDD – напряжение питания + 5 В;
VSS – 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 kc– 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 аi и bi 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.