W pracowni student poznaje cyfrowe interfejsy komunikacyjne stosowane w sterowaniu urządzeniami i transmisji danych. Podczas zajęć student realizuje projekty, w których wykorzystuje następujące interfejsy: RS232 (Recommended Standard 232), LPT (Line Print Terminal), Ethernet, SPI (Serial Peripheral Interface), USB (Universal Serial Bus ), I2C (IIC – Inter-Integrated Circuit), ISA (Industry Standard Architecture ), PS2. Dla każdego interfejsu przygotowano ćwiczenia na kilku poziomach zaawansowania. Wybór interfejsu i poziomu zawansowania ćwiczenia student może wybrać według indywidualnych zainteresowań w uzgodnieniu z prowadzącym pracownię. Do wykonywania ćwiczeń na tej pracowni przydatne jest umiejętność programowania np. w C/C++ oraz znajomość podstaw elektroniki.
Tematy ćwiczeń do wyboru
1. RS232 - Standard komunikacji szeregowej (najczęściej w trybie asynchronicznej transmisji) w systemach przemysłowych i telekomunikacyjnych. Pomimo systematycznego wprowadzania szybszej magistrali USB wiele istniejących urządzeń, szczególnie w przemyśle, działa wykorzystując do transmisji danych i sterowania interfejs RS232.
a) Budowa i konfiguracja ramki danych oraz charakterystyka elektryczna sygnałów danych i sterujących;
b) Budowa i znaczenie rejestrów układu 8250 (16450) oraz zasady ich programowania;
c) Konfiguracja interfejsu, nadawanie i odbiór danych z wykorzystaniem 4 różnych metod jego obsługi: funkcji BIOS-u, funkcji DOS-u, portów wejścia-wyjścia oraz funkcji API systemu Windows.
Oprócz komputera w ćwiczeniu należy wykorzystać jedno z następujących urządzeń wyposażonych w interfejs RS232:
- oscyloskop cyfrowy TDS220;
- multimetr cyfrowy METEX;
- czytnik kart Smart Card;
- modem radiowy R4P;
- czytnik kart MMC/SD;
2. LPT – interfejs komunikacji równoległej, służący do komunikacji komputera z drukarką, skanerem lub sterowanie innymi urządzeniami.
a) Budowa i znaczenie rejestrów,
b) Tryby pracy interfejsu, dostęp do rejestru FIFO,
c) Wybór trybu pracy i komunikacja z wykorzystaniem 4 różnych metod jego obsługi: funkcji BIOS-u, funkcji DOS-u, portów wejścia-wyjścia oraz funkcji API systemu Windows.
Oprócz komputera w ćwiczeniu należy wykorzystać jedno z następujących urządzeń wyposażonych w interfejs LPT:
- mini tomograf (cyfrowe skanowanie przekroju obiektu),
- czytnik linii papilarnych,
- testowanie układu ALU (74LS181N)
- sterowanie wyświetlaczem LCD (2×16 znaków).
3. ETHERNET – Powszechnie stosowana technika łączenia komputerów w sieci LAN.
a) Zasady nawiązywania połączeń pomiędzy urządzeniami, warstwa fizyczna interfejsu, odbiór i analiza zawartości ramki Link Code Word (LCW),
b) Wykorzystanie konwertera RS232-ETH do nawiązania komunikacji pomiędzy urządzeniem wyposażonym w interfejs RS232 (np. mikrokontroler Atmega8535) a komputerem przy wykorzystaniu sieci internetowej.
c) Zapoznanie z rejestrami popularnego układu RTL8019AS, uruchomienie modułu MM1an02 i nawiązanie przy jego pomocy łączności poprzez sieć internetową z komputerem (obsługa i programowanie rejestrów układu RTL poprzez interfejs LPT, przemysłową kartę I/O firmy Advantech lub prototypową kartę I/O8255).
4. SPI – Magistrala szeregowej transmisji synchronicznej do komunikacji mikrokontrolerów z urządzeń zewnętrznych (pamięci Flash, EEPROM, sterowniki ETHERNET).
a) Zapoznanie z rejestrami, formatem danych i organizacją przesyłania synchronicznego danych;
b) Wykorzystanie SPI do komunikacji komputera (LPT, karta I/O Advantech, I/O8255) z mikrokontrolerem Atmega8535.
5. USB – Szeregowa magistrala, umożliwiająca łączenie wielu urządzeń w struktury master-slave. Powszechnie wykorzystywana do komunikacji PC z urządzeniami zewnętrznymi.
a) Wykorzystanie interfejsu USB, jako wirtualnego łącza RS232 obsługiwanego przez funkcje wysokiego poziomu (dostęp do interfejsu przez driver i funkcje API systemu operacyjnego), rozwiązanie oparte na układzie scalonym FT232BM
6. I2C (TWI) – Szeregowa magistrala niskiej szybkości, służąca do komunikacji między procesorami a układami cyfrowymi niewymagającymi częstej i szybkiej obsługi np. pamięcią EEPROM, zegarem czasu rzeczywistego, kontrolery klawiatury, odczyt z czujników i przetworników A/C i C/A.
a) Rejestry interfejsu, przestrzeń adresowa, metoda adresowania urządzeń na magistrali, warstwa fizyczna interfejsu, budowa ramki danych,
b) Zapis i odczyt danych z komputera (wykorzystanie LPT lub I/O8255) do/z pamięci EEPROM AT24C0410PC za pomocą linii interfejsu I2C obsługiwanych bezpośrednio; test prędkości zapisu i odczytu pamięci,
c) Komunikacja procesora Atmega8535 z pamięcią EEPROM AT24C0410PC; zbudować konwerter RS232-I2C, czyli oprogramować mikrokontroler Atmega8535 tak, aby powstał z niego konwerter umożliwiający komunikowanie się.