Eingabegeräte in eingebetteten Systemen erfordern sorgfältige Schnittstellen, um eine zuverlässige und effiziente Datenerfassung sicherzustellen. Die spezifische Methode hängt stark von der Art des Eingabegeräts und den Funktionen des Mikrocontroller oder Prozessors des eingebetteten Systems ab. Hier ist eine Aufschlüsselung gemeinsamer Ansätze:
1. Digitale Eingangsgeräte:
* einfache Schalter (Tasten, Tauchschalter): Diese sind die einfachsten. Ein einzelner GPIO -Pin (Allzweckeingang/Ausgang) am Mikrocontroller ist mit dem Schalter verbunden. Wenn der Schalter geschlossen ist, liest der Stift einen niedrigen Logikpegel (normalerweise 0 V), und wenn er geöffnet ist, liest er hoch (typischerweise VCC, die Versorgungsspannung des Mikrocontrollers). Pull-up- oder Pulldown-Widerstände sind entscheidend, um einen definierten Zustand zu gewährleisten, wenn der Schalter geöffnet oder geschlossen ist. Debouncing -Techniken (Software oder Hardware) sind unerlässlich, um eine falsche Messwerte aufgrund von Schalter Bounce zu vermeiden.
* Encoder (Rotary, inkrementell, absolut): Diese liefern Positionsinformationen. Inkrementelle Encoder verwenden zwei oder mehr Signale, um die Richtung und die Anzahl der Schritte zu bestimmen. Absolute Encoder bieten eine direkte digitale Darstellung der Position. Mikrocontroller lesen diese Signale typischerweise mit GPIO -Stiften und dedizierten Zähler-/Timer -Peripheriegeräten zur genauen Zähl- und Geschwindigkeitsmessung. Die Quadraturdekodierung ist bei inkrementellen Encodern häufig.
* Digitale Sensoren: Viele Sensoren (z. B. digitale Temperatursensoren, digitale Drucksensoren) geben ein digitales Signal (z. B. I2C, SPI oder UART) aus, das vom Mikrocontroller mit seinen entsprechenden Kommunikationsperipheriegeräten leicht gelesen wird.
2. Analoge Eingangsgeräte:
* Analoge Sensoren (Temperatur, Druck, Licht usw.): Diese erzeugen eine analoge Spannung proportional zur gemessenen Menge. Ein ADC (Analog-zu-Digital-Wandler) wird benötigt, um diese Analogspannung in einen digitalen Wert umzuwandeln, den der Mikrocontroller verstehen kann. Die Auflösung des ADC (Anzahl der Bits) bestimmt die Genauigkeit der Umwandlung. Der Eingangsbereich des ADC und den Ausgangsbereich des Sensors muss sorgfältig berücksichtigt werden, um zu vermeiden, dass die Grenzen des ADC überschritten werden.
* Potentiometer: Diese variablen Widerstände liefern eine analoge Spannung, die proportional zu ihrer Position ist. Sie sind mit einem ADC -ähnlich wie analogen Sensoren miteinander verbunden.
3. Kommunikationsschnittstellen:
Viele Eingabegeräte verbinden sich mit Standard -Kommunikationsprotokollen:
* i2c (Inter-integrierte Schaltung): Ein Zwei-Draht-Serienbus, der üblicherweise für Sensoren und andere Peripheriegeräte verwendet wird. Der Mikrocontroller benötigt ein i2C -Peripherieur, um mit I2C -Geräten zu kommunizieren.
* spi (serielle periphere Grenzfläche): Ein Serienbus mit vier Draht (oder mehr), der eine höhere Geschwindigkeit bietet als I2C. Ähnlich wie bei I2C benötigt der Mikrocontroller ein SPI -Peripherieur.
* UART (universeller asynchroner Empfänger/Sender): Eine gemeinsame serielle Kommunikationsschnittstelle, die häufig für die Kommunikation mit externen Geräten wie GPS -Modulen oder Tastaturen verwendet wird.
* USB (Universal Serienbus): Komplexer zu implementieren in eingebetteten Systemen, bietet jedoch eine hohe Bandbreite und eine standardisierte Schnittstelle. Erfordert dedizierte USB -Controller und beinhaltet häufig mehr Software -Overhead.
* Can (Controller Area Network): Wird in Automobil- und Industrieanwendungen verwendet und benötigt dedizierte Can Controller für eine robuste Kommunikation.
Überlegungen zu Schnittstellen:
* Level -Verschiebung: Wenn die Spannungsniveaus der Eingangsvorrichtung und des Mikrocontrollers unterschiedlich sind (z. B. 3,3 -V -Geräte und 5 -V -Mikrocontroller), sind Pegelschaltvorschriften erforderlich, um die Beschädigung der Komponenten zu vermeiden.
* Signalkonditionierung: Analoge Signale erfordern häufig eine Konditionierung (z. B. Filterung, Verstärkung), bevor sie der ADC zugeführt werden, um die Genauigkeit zu verbessern und das Rauschen zu verringern.
* Stromversorgung: Stellen Sie sicher, dass das Eingangsgerät die richtige Spannung und den richtigen Strom empfängt.
* Software -Treiber: Zum Lesen und Verarbeiten der Daten von den Eingabegeräten werden geeignete Software -Treiber benötigt.
* Echtzeitbeschränkungen: Für zeitkritische Anwendungen ist eine sorgfältige Berücksichtigung der Interrupt-Handhabung und des Zeitpunkts von entscheidender Bedeutung, um eine zeitnahe Datenerfassung sicherzustellen.
Die Auswahl der richtigen Schnittstellenmethode hängt von den spezifischen Anforderungen des eingebetteten Systems und den verwendeten Eingabegeräten ab. Faktoren wie Kosten, Stromverbrauch, Geschwindigkeit und Komplexität spielen eine Rolle im Entscheidungsprozess.
