Описание

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.

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.

Состав

Базовая комплектация ИПУ:

1. Моноблок «Интерфейсы периферийных устройств» (1 шт.)
   • Встроенный ПК (1 шт.)
   • Блок средств связи с ПК (1 шт.)
   • Блок средств анализа сигналов и периферии (1 шт.)
   • Блок контроллера периферийных устройств (2 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-КОНСОЛЬ содержит дополнительно к базовой:

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

Комплектация ИПУ-СТЕНД содержит дополнительно к ИПУ-КОНСОЛЬ:

1. Стендовый стол (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.

Блок контроллера периферийных устройств

Модуль содержит микроконтроллер (МК) и предназначен для управления периферийой расположенным 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 микроконтроллера. 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 микроконтроллера. 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, инициализация. Считывание переменной мыши программой в модуле микроконтроллера.
4. Интерфейс RS-232 (виртуальный COM-порт) и UART. Режимы работы, скорость, формат посылок, изучение переменной программы в модуле микроконтроллера. Подключение к модулю микроконтроллера для обмена по этому интерфейсу. Обмен информацией с компьютером. Различные формы посылок, биты четности. Анализ синхронных кадров обмена.
5. Интерфейс RS-485. Технические характеристики интерфейса, скорость работы, дальность связи. Согласование и смещение.
6. Интерфейс SPI. Назначение линии, режимы работы: мастер, ведомый. Многоточечный режим работы. Реализация следующий схемы обмена: один модуль микроконтроллера является ведомым устройством, второй модуль микроконтроллера является ведущим.
7. Интерфейс I2C. Назначение линии, состояния шины, режима работы: мастер, ведомый. Генерация сигналов Start, Ack, Nack, Stop, Restart. Мультимедийный режим работы. Реализация следующего типа обмена: модуля микроконтроллера 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 с датчика DS18B20. Ключ-таблетки «Touch memory»: считывание кодов, программирование. Программа – реализуемая программа для использования в системах быстрого доступа.
9. Интерфейс CAN. Технические характеристики интерфейса, скорость работы, дальность связи. Формат адреса, арбитраж доступа, контроль ошибок.
10. Интерфейс USB. Физическая реализация, изучение стека протокола. Типы и назначение конечных точек, типы посылок (управляющие, изохронные, блоковые и прочие). Типовой протокол USB: HID. Создание программы, которая позволяет модулю USB-микроконтроллера определять 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 определять в системе как устройство хранения данных.
12. Интерфейс USB. Типовой протокол USB: CDC Device. Реализация программы, которая позволяет определить в системе как устройство передачи данных.