2.2 Анализ вариантов структуры комплекса
Все из рассмотренных выше систем имеют свои недостатки и свои достоинства. USB осциллограф представляет широкие возможности для анализа цифровых, а также аналоговых сигналов. Однако широкая функциональность влечет за собой частые «зависания» устройства, потери пакетов данных, а насыщенный программный интерфейс перегружен и требует некоторого времени для освоения. Также реализация USB осциллографа усложнена дополнительными микросхемами (операционными усилителями, преобразователями уровня сигнала и др.) для принятия аналоговых сигналов. Анализатор B-441 позволяет считывать сигнал с частотой 200Мвыб/с, однако, он является дорогостоящим прибором при том в его составе отсутствует генератор цифровых сигналов. Программа Digan имеет широкую функциональность и понятный интерфейс, однако для ее функционирования необходимо собрать адаптер для LPT порта. На современных компьютерах LPT порт может вообще отсутствовать, поэтому предпочтение отдается соединению через USB.
Плюсом использования в качестве аппаратной части комплекса шинных формирователей является высокая частота считывания и максимальная простота. Недостатком данного подхода является использование морально устаревшего LPT порта и помехи при принятии сигналов. Для взаимодействия с более распространенным на сегодняшний день интерфейсом USB необходимы схемы, которые могут преобразовывать последовательные данные этого интерфейса в параллельные и обратно. Такую функцию могут выполнить лишь микроконтроллеры, имеющие интерфейс USB, сочетание микроконтроллера с интерфейсом UART или ПЛИС и микросхемы типа FT 232R (UART-USB мост), а также переходники LPT-USB. Использование микроконтроллера со встроенным интерфейсом USB, в отличие от сочетания UART и FT 232R, обеспечивает высокую скорость передачи данных (USB Full Speed пиковая скорость передачи данных 12 Мбит/с) и меньшую сложность исполнения. Переходники LPT-USB в свою очередь также выполнены на основе микроконтроллеров с USB интерфейсом (ATmega8, Cypress, AVR, SiLabs), притом, что большинство данных переходников предназначены для связи ПЭВМ с принтерами (т.е. при использовании «не по назначению» могут работать некорректно). Кроме того переходники LPT-USB позволяют использовать только 8 каналов передачи данных (D0…D8).
Высокая скорость считывания данных таких устройств, как B-441 достигается за счет использования быстродействующих цифровых сигнальных процессоров (ЦСП TMS320C6414T с тактовой частотой до 1ГГц и производительностью до 8000 MIPS) и встроенной EEPROM/Flash памяти устройства. Быстродействующие ЦСП являются дорогостоящими устройствами (100-200 USD) и, следовательно, их применение нежелательно. Использование дополнительной памяти увеличивает стоимость и сложность схемотехнической реализации устройства. При этом глубина памяти B-441 всего 512Квыб/канал. Другим вариантом сохранения данных является циклическое накопление небольшого количества информации в устройстве (до 1КБ) и передача данных по скоростному интерфейсу в ПЭВМ, где размер буфера может ограничиваться емкостью ОЗУ. Данный прибор также является довольно громоздким с потребляемой мощностью около 10 Вт.
Из вышесказанного следует, что аппаратная часть имеет следующие показатели назначения:
устройство должно использовать ОЗУ ПЭВМ в качестве памяти для считанных данных (т.е. объем буфера может доходить до нескольких десятков мегабайт);
малая мощность потребления (не более 2,5 Вт);
устройство должно быть максимально простым в схемотехническом исполнении (однако иметь защиту от перенапряжения и помех по цепи питания);
устройство должно иметь малые габариты («карманное» устройство);
обеспечивать гарантированную доставку пакетов данных;
малая стоимость аппаратных средств.
Перечисленным показателям соответствуют микроконтроллеры с USB-интерфейсом:
микроконтроллер с USB интерфейсом позволяет использовать память ПЭВМ в качестве буферной памяти комплекса, т.к. USB является скоростным интерфейсом;
микроконтроллер производит питание от USB, а, следовательно, его максимальная потребляемая мощность не превышает 2,5 Вт (P=U∙I=5∙0,5=2,5 Вт при отсутствии других схем) при работе ядра и USB интерфейса одновременно;
микроконтроллеры имеют богатую периферию, поэтому необходимо лишь позаботиться о защитных мерах (от перенапряжения и помех) и установке разъемов (USB для связи с ПЭВМ и штырьковых разъемов для принятия и выдачи цифровых сигналов);
микроконтроллеры с USB интерфейсом обладают малыми габаритами (в среднем 10×10×2 мм);
режим USB BULK обеспечивает гарантированную доставку данных (в случае неудачи отправка данных повторяется);
средняя стоимость микроконтроллеров с USB интерфейсом не превышает 8 USD (240 руб.).
Программное обеспечение должно состоять из программы микроконтроллера (для считывания/выдачи данных), программы ПЭВМ (для визуализации данных) и драйвера устройства (для обмена данными между USB-устройством и ПЭВМ). Программа в ПЭВМ должна иметь интуитивно понятный интерфейс.
|
