硬件接口

接口（交互）是微處理器系統中組件和參與者之間的連接。

V 微處理器系統 包括：硬件、軟件和人……因此區分了以下幾種接口：

• 硬件接口；

• 軟件界面；

• 用戶界面。

操作系統提供的編程接口（如果有的話）。最常見的用戶界面是圖形界面（例如，在 Microsoft Office Word 編輯器中帶有圖標或命令按鈕的計算機桌面）和操縱桿界面，我們通過菜單導航來選擇我們需要的命令（例如，手機，可編程控制器），這也是一種 GUI。

硬件接口是由總線、連接器、匹配設備、算法和協議組成的系統，可在微處理器系統的所有部分之間提供通信。系統的性能和可靠性取決於接口的特性。

在嵌入式微處理器系統中，硬件接口由 CPU 卸載控制器提供。控制器 它是專門設計用於執行監視和控制功能的微電路。控制器管理設備的操作，例如硬盤、隨機存取存儲器、鍵盤，並確保該設備與MS中的其他參與者的連接。

輪胎由橋控制......在復雜的 MS 中，例如個人計算機，中央位置由 «ChipSet»（芯片組） - 一組橋和控制器佔據。該芯片組包含兩個主要芯片，傳統上稱為南橋和北橋（圖 1）。北橋服務於系統總線、內存總線、AGP（圖形加速端口），是電腦的主控制器。南橋處理與外部設備的工作（PCI 總線——用於連接外圍設備的 I/O 總線）。

圖 1 — 個人計算機 (PC) 中的數據交換組織

處理器和外部設備之間的交互組織是最困難的，因為它們種類繁多。

並行接口的特點是它們使用單獨的信號線來傳輸位，並且這些位是同時傳輸的。經典的並行接口是 LPT 端口。

串行數據傳輸接口使用單條信號線，通過該信號線一個接一個地順序傳輸信息位。

最簡單的串行接口，已在計算機和工業系統中得到廣泛應用，是 RS-232 標準，它由 COM — 端口實現……在工業自動化中，廣泛使用的是 RS-485。

USB（通用串行總線）總線將各種外圍設備連接到您的計算機，包括手機和消費電子產品。

第一個接口規範稱為 USB 1.0，目前使用的是 USB 2.0 規範，現代設備連接到 USB 3.0 規範。

USB 2.0標準包含四根線：數據接收和傳輸、+5V供電和外殼。除此之外，USB 3.0 還增加了 4 條通信線（2 條用於接收，2 條用於傳輸）和一個外殼。

USB 總線具有高帶寬（USB 2.0 提供高達 480 Mbps 的最大數據傳輸速率，USB 3.0 — 高達 5.0 Gbps），不僅提供數據傳輸，還為低功耗外部設備供電（最大電流通過 USB 總線電源線消耗設備，USB 2.0 不應超過 500 mA，USB 3.0 不應超過 900 mA），這樣就無需外部電源。

Wireless（無線）接口讓您遠離通信線纜，這對於體積小、尺寸和重量可與線纜媲美的設備尤為重要。使用無線接口 電磁波 紅外 (IrDA) 和射頻範圍（藍牙、USB 無線）。

紅外 IrDA 接口允許兩個設備之間在最遠 1 米的距離內進行無線通信。紅外線通信 - IR（紅外線）連接 - 對健康安全，不會在無線電頻率範圍內造成乾擾並確保傳輸的私密性。紅外線不穿過牆壁，因此接收區域被限制在一個小的、易於控制的區域。

Bluetooth（藍牙）是一種低功率無線電接口（發射功率僅約 1 mW），用於組織個人網絡，提供短距離的實時數據傳輸。每個藍牙設備都有一個 2.4 GHz 無線電發射器和接收器。無線電接口的範圍約為 100 米——可以覆蓋一個標準的房屋。

無線 USB（USB 無線）— 一種具有高帶寬的短程無線電接口：480 Mbps 在最遠 3 米的距離內，110 Mbps 在最遠 10 米的距離內。它的工作頻率範圍為 3.1 — 10.6 GHz。

RS-232（RS — 推薦標準）接口連接兩個設備——計算機和數據傳輸設備。傳輸速度為 115 Kbps（最大），傳輸距離為 15 m（最大），連接方案為點對點。

來自該接口的信號通過 (3 … 15) V 的電壓降傳輸，因此 RS-232 通信線路的長度通常由於低抗擾度而限制在幾米的距離內。它最常用於工業設備，在個人計算機中，它用於連接“鼠標”型操縱器、調製解調器。 RS-232接口一般不允許聯網，因為它只能連接2台設備。

圖 2 — DB9 型 RS-232 連接器

RS-485接口是一種應用廣泛的高速、抗干擾的工業串行接口，用於雙向數據傳輸。幾乎所有工業設計中的現代計算機、大多數傳感器和驅動器都包含一個或另一個 RS-485 接口的實現。

一對雙絞線（雙絞線）足以進行數據傳輸和接收。數據傳輸是使用差分信號進行的（原始信號在一根線上傳輸，其反向副本在另一根線上傳輸。）。導線之間一個極性的電壓差表示邏輯一，另一極性的差表示零。

在存在外部干擾的情況下，相鄰導線中的抽頭相同，由於信號是導線中的電位差，因此信號電平保持不變。這提供了高抗擾度和長達 1 公里的通信線路總長度（以及使用特殊設備 - 中繼器時更長）。

RS-485 接口以半雙工模式（接收和傳輸通過一對時間分離的導線）通過一條雙線通信線路在多個設備之間提供數據交換。它在工業中廣泛用於創建過程控制系統。

以太網（ether—ether）——大多數本地計算機網絡使用的數據傳輸技術。該接口基於 IEE 802.3 標準。RS-485 接口可以認為是一對多的，而以太網是多對多的。

根據比特率和傳輸介質，有幾種選擇：

• 以太網 — 10 Mbps

• 快速以太網 — 100 Mbps

• 千兆以太網 — 1 Gbps

• 10 吉比特以太網

同軸電纜、雙絞線（低成本、高抗噪性）和光纜（創建更長的線路和高速通信通道）被用作傳輸介質。

雙絞線(twisted pair)——通信電纜的一種，是將一對或多對絕緣線絞合在一起，外覆塑料護套。

例如，FTP 電纜（雙絞線 — 雙絞線，帶有公共箔屏蔽層和用於排出感應電流的銅導體），4 對（實心），5e 類（圖 3）。該電纜適用於建築物、結構中的固定安裝和結構化電纜系統中的工作。專為在上限為 100 MHz 的頻率範圍內運行的應用而設計。

圖3——雙絞線：1——外護套，2——箔屏蔽，3——排擾線，4——保護膜，5——雙絞線

在物理層面，以太網協議以嵌入微處理器系統的網卡和將系統相互連接的集線器的形式實現。

工業網絡（Profinet、EtherNet/IP、EtherCAT、Ethernet Powerlink）建立在以太網的基礎上，成功地與先前開發的網絡 Profibus、DeviceNet、CANopen 等競爭。