硬件接口

接口（交互）是微处理器系统中组件和参与者之间的连接。

V 微处理器系统 包括：硬件、软件和人……因此区分了以下几种接口：

• 硬件接口；

• 软件界面；

• 用户界面。

操作系统提供的编程接口（如果有的话）。最常见的用户界面是图形界面（例如，在 Microsoft Office Word 编辑器中带有图标或命令按钮的计算机桌面）和操纵杆界面，我们通过菜单导航来选择我们需要的命令（例如，手机，可编程控制器），这也是一种 GUI。

硬件接口是由总线、连接器、匹配设备、算法和协议组成的系统，可在微处理器系统的所有部分之间提供通信。系统的性能和可靠性取决于接口的特性。

在嵌入式微处理器系统中，硬件接口由 CPU 卸载控制器提供。控制器 它是专门设计用于执行监视和控制功能的微电路。控制器管理设备的操作，例如硬盘、随机存取存储器、键盘，并确保该设备与MS中的其他参与者的连接。

轮胎由桥控制......在复杂的 MS 中，例如个人计算机，中央位置由 «ChipSet»（芯片组） - 一组桥和控制器占据。该芯片组包含两个主要芯片，传统上称为南桥和北桥（图 1）。北桥服务于系统总线、内存总线、AGP（图形加速端口），是电脑的主控制器。南桥处理与外部设备的工作（PCI 总线——用于连接外围设备的 I/O 总线）。

图 1 — 个人计算机 (PC) 中的数据交换组织

处理器和外部设备之间的交互组织是最困难的，因为它们种类繁多。

并行接口的特点是它们使用单​​独的信号线来传输位，并且这些位是同时传输的。经典的并行接口是 LPT 端口。

串行数据传输接口使用单根信号线，通过该信号线一个接一个地顺序传输信息位。

最简单的串行接口，已在计算机和工业系统中得到广泛应用，是 RS-232 标准，它由 COM — 端口实现……在工业自动化中，广泛使用的是 RS-485。

USB（通用串行总线）总线将各种外围设备连接到您的计算机，包括手机和消费电子产品。

第一个接口规范称为 USB 1.0，目前使用的是 USB 2.0 规范，现代设备连接到 USB 3.0 规范。

USB 2.0标准包含四根线：数据接收和传输、+5V供电和外壳。除此之外，USB 3.0 还增加了 4 条通信线（2 条用于接收，2 条用于传输）和一个外壳。

USB 总线具有高带宽（USB 2.0 提供高达 480 Mbps 的最大数据传输速率，USB 3.0 — 高达 5.0 Gbps）并且不仅提供数据传输，还为低功率外部设备供电（最大电流通过 USB 总线电源线消耗设备，USB 2.0 不应超过 500 mA，USB 3.0 不应超过 900 mA），这样就无需外部电源。

Wireless（无线）接口让您远离通信电缆，这对于体积小、尺寸和重量可与电缆媲美的设备尤为重要。使用无线接口 电磁波 红外 (IrDA) 和射频范围（蓝牙、USB 无线）。

红外 IrDA 接口允许两个设备之间在最远 1 米的距离内进行无线通信。红外线通信 - IR（红外线）连接 - 对健康安全，不会在无线电频率范围内造成干扰并确保传输的私密性。红外线不穿过墙壁，因此接收区域被限制在一个小的、易于控制的区域。

Bluetooth（蓝牙）是一种低功率无线电接口（发射功率仅约 1 mW），用于组织个人网络，提供短距离的实时数据传输。每个蓝牙设备都有一个 2.4 GHz 无线电发射器和接收器。无线电接口的范围约为 100 米——可以覆盖一个标准的房屋。

无线 USB（USB 无线）— 一种具有高带宽的短程无线电接口：480 Mbps 在最远 3 米的距离内，110 Mbps 在最远 10 米的距离内。它的工作频率范围为 3.1 — 10.6 GHz。

RS-232（RS — 推荐标准）接口连接两个设备——计算机和数据传输设备。传输速度为 115 Kbps（最大），传输距离为 15 m（最大），连接方案为点对点。

来自该接口的信号通过 (3 … 15) V 的电压降传输，因此 RS-232 通信线路的长度通常由于低抗扰度而限制在几米的距离内。它最常用于工业设备，在个人计算机中，它用于连接“鼠标”型操纵器、调制解调器。 RS-232接口一般不允许联网，因为它只能连接2台设备。

图 2 — DB9 型 RS-232 连接器

RS-485接口是一种应用广泛的高速、抗干扰的工业串行接口，用于双向数据传输。几乎所有工业设计中的现代计算机、大多数传感器和驱动器都包含一个或另一个 RS-485 接口的实现。

一对双绞线（双绞线）足以进行数据传输和接收。数据传输是使用差分信号进行的（原始信号在一根线上传输，其反向副本在另一根线上传输。）。导线之间一个极性的电压差表示逻辑一，另一极性的差表示零。

在存在外部干扰的情况下，相邻导线中的抽头相同，由于信号是导线中的电位差，因此信号电平保持不变。这提供了高抗扰度和长达 1 公里的通信线路总长度（以及使用特殊设备 - 中继器时更长）。

RS-485 接口以半双工模式（接收和传输通过一对时间分离的导线）通过一条双线通信线路在多个设备之间提供数据交换。它在工业中广泛用于创建过程控制系统。

以太网（ether—ether）——大多数本地计算机网络使用的数据传输技术。该接口基于 IEE 802.3 标准。RS-485 接口可以认为是一对多的，而以太网是多对多的。

根据比特率和传输介质，有几种选择：

• 以太网 — 10 Mbps

• 快速以太网 — 100 Mbps

• 千兆以太网 — 1 Gbps

• 10 吉比特以太网

同轴电缆、双绞线（低成本、高抗噪性）和光缆（创建更长的线路和高速通信通道）被用作传输介质。

双绞线(twisted pair)——通信电缆的一种，是将一对或多对绝缘线绞合在一起，外覆塑料护套。

例如，FTP 电缆（双绞线 — 双绞线，带有公共箔屏蔽层和用于排出感应电流的铜导体），4 对（实心），5e 类（图 3）。该电缆适用于建筑物、结构中的固定安装和结构化电缆系统中的工作。专为在上限为 100 MHz 的频率范围内运行的应用而设计。

图3——双绞线：1——外护套，2——箔屏蔽，3——排扰线，4——保护膜，5——双绞线

在物理层面，以太网协议以嵌入微处理器系统的网卡和将系统相互连接的集线器的形式实现。

工业网络（Profinet、EtherNet/IP、EtherCAT、Ethernet Powerlink）建立在以太网的基础上，成功地与先前开发的网络 Profibus、DeviceNet、CANopen 等竞争。