Συσκευές εισόδου διασυνδέονται σε ενσωματωμένο σύστημα;

Οι συσκευές εισόδου σε ενσωματωμένα συστήματα απαιτούν προσεκτική διασύνδεση για να εξασφαλιστεί αξιόπιστη και αποτελεσματική απόκτηση δεδομένων. Η συγκεκριμένη μέθοδος εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον τύπο της συσκευής εισόδου και τις δυνατότητες του μικροελεγκτή ή επεξεργαστή του ενσωματωμένου συστήματος. Ακολουθεί μια κατανομή των κοινών προσεγγίσεων:

1. Συσκευές ψηφιακών εισροών:

* Απλείς διακόπτες (κουμπιά, διακόπτες βουτιά): Αυτά είναι τα πιο απλά. Ένας ακροδέκτης μεμονωμένου GPIO (εισόδου/εξόδου γενικού σκοπού) στον μικροελεγκτή συνδέεται με τον διακόπτη. Όταν ο διακόπτης είναι κλειστός, ο πείρος διαβάζει ένα χαμηλό επίπεδο λογικής (τυπικά 0V), και όταν είναι ανοιχτό, διαβάζει ψηλά (συνήθως VCC, η τάση τροφοδοσίας του μικροελεγκτή). Οι αντιστάσεις Pull-Up ή Pull-Down είναι ζωτικής σημασίας για να εξασφαλιστεί μια καθορισμένη κατάσταση όταν ο διακόπτης είναι ανοιχτός ή κλειστός, αντίστοιχα. Οι τεχνικές debouncing (λογισμικό ή υλικό) είναι απαραίτητες για να αποφευχθούν ψευδείς αναγνώσεις λόγω της αναπήδησης του Switch.

* κωδικοποιητές (περιστροφικά, βαθμιαία, απόλυτα): Αυτά παρέχουν πληροφορίες θέσης. Οι αυξητικοί κωδικοποιητές χρησιμοποιούν δύο ή περισσότερα σήματα για να καθορίσουν την κατεύθυνση και τον αριθμό των βημάτων. Οι απόλυτοι κωδικοποιητές παρέχουν μια άμεση ψηφιακή αναπαράσταση της θέσης. Οι μικροελεγκτές συνήθως διαβάζουν αυτά τα σήματα χρησιμοποιώντας ακροδέκτες GPIO και αφιερωμένα περιφερειακά μετρητή/χρονοδιακόπτη για ακριβή μέτρηση και μέτρηση ταχύτητας. Η αποκωδικοποίηση τετραγωνισμού είναι κοινή για τους αυξητικούς κωδικοποιητές.

* Ψηφιακοί αισθητήρες: Πολλοί αισθητήρες (π.χ. ψηφιακοί αισθητήρες θερμοκρασίας, αισθητήρες ψηφιακής πίεσης) εξάγουν ένα ψηφιακό σήμα (π.χ. I2C, SPI ή UART) που διαβάζεται εύκολα από τον μικροελεγκτή χρησιμοποιώντας τα αντίστοιχα περιφερειακά επικοινωνίας.

2. Αναλογικές συσκευές εισόδου:

* Αναλογικοί αισθητήρες (θερμοκρασία, πίεση, φως, κλπ.): Αυτά παράγουν μια αναλογική τάση ανάλογη με τη μετρούμενη ποσότητα. Απαιτείται ADC (αναλογικός σε ψηφιακό μετατροπέα) για τη μετατροπή αυτής της αναλογικής τάσης σε ψηφιακή τιμή που μπορεί να καταλάβει ο μικροελεγκτής. Η ανάλυση της ADC (αριθμός bits) καθορίζει την ακρίβεια της μετατροπής. Πρέπει να ληφθεί προσεκτική εξέταση στο εύρος εισόδου της ADC και στην περιοχή εξόδου του αισθητήρα για να αποφευχθεί η υπέρβαση των ορίων της ADC.

* Potentiometers: Αυτές οι μεταβλητές αντιστάσεις παρέχουν μια αναλογική τάση που είναι ανάλογη με τη θέση τους. Είναι διασυνδεδεμένα χρησιμοποιώντας ένα ADC παρόμοιο με τους αναλογικούς αισθητήρες.

3. Διεπαφές επικοινωνίας:

Πολλές συσκευές εισόδου συνδέονται χρησιμοποιώντας πρότυπα πρωτόκολλα επικοινωνίας:

* i2c (ενσωματωμένο κύκλωμα): Ένα σειριακό λεωφορείο δύο συρμάτων που χρησιμοποιείται συνήθως για αισθητήρες και άλλα περιφερειακά. Ο μικροελεγκτής χρειάζεται ένα I2C περιφερειακό για να επικοινωνεί με συσκευές I2C.

* SPI (σειριακή περιφερειακή διεπαφή): Ένα σειριακό λεωφορείο τεσσάρων συρμάτων που προσφέρει υψηλότερη ταχύτητα από το I2C. Παρόμοια με το I2C, ο μικροελεγκτής απαιτεί περιφερειακό SPI.

* UART (Universal Asynchronous δέκτης/πομπός): Μια κοινή σειριακή διεπαφή επικοινωνίας, που χρησιμοποιείται συχνά για επικοινωνία με εξωτερικές συσκευές όπως μονάδες GPS ή πληκτρολόγια.

* USB (Universal Serial Bus): Πιο πολύπλοκο για την εφαρμογή σε ενσωματωμένα συστήματα, αλλά παρέχει υψηλό εύρος ζώνης και τυποποιημένη διεπαφή. Απαιτεί αφοσιωμένους ελεγκτές USB και συχνά περιλαμβάνει περισσότερα γενικά έξοδα λογισμικού.

* Can (δίκτυο περιοχής ελεγκτή): Χρησιμοποιείται σε αυτοκινητοβιομηχανίες και βιομηχανικές εφαρμογές, που απαιτούν ειδικούς ελεγκτές CAN για ισχυρή επικοινωνία.

Σκέψεις διασύνδεσης:

* Μετατόπιση επιπέδου: Εάν τα επίπεδα τάσης της συσκευής εισόδου και του μικροελεγκτή είναι διαφορετικά (π.χ., η συσκευή 3.3V και ο μικροελεγκτής 5V), είναι απαραίτητες οι μετατοπιστές επιπέδου για να αποφευχθεί η καταστροφή των εξαρτημάτων.

* Πρόθεση σήματος: Τα αναλογικά σήματα συχνά απαιτούν την προετοιμασία (π.χ. φιλτράρισμα, ενίσχυση) προτού τροφοδοτηθούν στο ADC για να βελτιώσουν την ακρίβεια και να μειώσουν τον θόρυβο.

* τροφοδοτικό: Βεβαιωθείτε ότι η συσκευή εισόδου λαμβάνει τη σωστή τάση και ρεύμα.

* προγράμματα οδήγησης λογισμικού: Απαιτούνται κατάλληλα προγράμματα οδήγησης λογισμικού για να διαβάσετε και να επεξεργαστείτε τα δεδομένα από τις συσκευές εισόδου.

* Περιορισμοί σε πραγματικό χρόνο: Για εφαρμογές κρίσιμης σημασίας, η προσεκτική εξέταση του χειρισμού και του χρόνου διακοπής είναι ζωτικής σημασίας για την εξασφάλιση της έγκαιρης απόκτησης δεδομένων.

Η επιλογή της σωστής μεθόδου διασύνδεσης εξαρτάται από τις ειδικές απαιτήσεις του ενσωματωμένου συστήματος και τις συσκευές εισόδου που χρησιμοποιούνται. Παράγοντες όπως το κόστος, η κατανάλωση ενέργειας, η ταχύτητα και η πολυπλοκότητα παίζουν ρόλο στη διαδικασία λήψης αποφάσεων.