Mavzu : Synchronous serial interface in embedded system O'rnatilgan tizimda sinxron ketma-ket interfeys Reja

Mavzu : Synchronous serial interface in embedded system
O'rnatilgan tizimda sinxron ketma-ket interfeys
Reja:
1.Sinxron mashinalarning parallel ishlashi
2. Sinxron mashinani elektr tarmog‘iga parallel ulash
3. Sinxronlash usullari
4.Ketma ketma ket interfeys

Qoida bo’yicha sinxron mashinalar boshqa sinxron mashinalar bilan birgalikda ishlaydi. Elektr stansiyalar yagona energosistemaga birlashtirilgan va barcha sinxron generatorlar bunday sistemada transformator orqali umumiy shinalarga ulangan, sinxron va asinxron motorlar ham xuddi shunday transformator orqali ulangan. Yuqori kuchlanishli liniyalarning elektr uzatuvchisi umumiy shinalar bo’lib hisoblanadi.

Rossiyada barcha elektr stansiyalari birlashgan energetika tizimi mavjud bo’lgan. U sharqdan g’arbga tomon 8 soat poyasi bo’yicha va shimoldan janubgagacha bo’lgan chegaracha cho’zilib ketgan. Birinchi yaqinlashuvda uni ekvivalentli sinxron generator sifatida tasavvur qilish mumkin., yuklamani bo’lsa – ekvivalent qarshilik va asinxron va sinxron ekvivalentli motor ko’rinishida bo’ladi.
Birlashgan energetik tizim energetika resurslaridan butun rayonlarda samarali foydalanish imkonini beradi,elektr stansiyalari ishlashini ishonchli va tejamkor bo’lishini ta’minlaydi. Birlashgan elektrstansiyalar yagona tizimga birlashtirilishi sutkalik maksimal yuklamani iqtisodiy qoplashni, shuningdek elektrstansiyani agregatlarini menevrlash va zahira qilib qo’yish uchun ta’minlab beradi. Barcha elektrstansiyalar tizimi boshqarma-ning markaziy dispetcherlik punktidan boshqariladi.Sinxron mashinalarda energiyani o’zgartirish jarayonlarini tadqiq qilishda, tarmoq bilan parallel ishlovchi, tarmoq cheksiz katta quvvatga ega , ya’ni har qanday rejimda kuchlanish generator chiqarmalarida o’zarishsiz qoladi va uning qarshiligi nolga teng bo’ladi[5].
Sinxron mashinalarning alohida ishi amaliy jihatdan tarmoqqa ta’sir qilmaydi.
Sinxron mashina tarmoqqa ulanganidan keyin boshqa mashinalar bilan sinxron tarzda ishlaydi. Shu bilan sinxron mashinalar aylanishi chastotasi qutblar soni bilan aniqlanadi. Ikkiqutbli turbogeneratorlar p=3000 ayl/daq aylanish chastotasiga ega bo’ladi, ko’pqutbli mashinalarning aylanish chastotasi esa p=60 ayl/daq.
Befoyda ishlovchi sinxron mashinani ko’rib chiqamiz.Sinxron holatida tarmoq chastotasiga munosabati bo’yicha U_c rotorning aylanishi E₀ ga teng bo’ladi.(4.51,a rasm) va mashina yakori cho’lg’amidagi tok I_anolga teng.\
Agar mashina rotori jadallasha boshlasa, E paydo bo’ladi, konturda tarmoq mashina uchun baravarlashtiradigan tokni hosil qiladi va rotor yana oldingi holatini egallaydi.(4.51,b rasm.) Agar rotor sekinlashsa E yo’nalishni o’zgartiradi vabaravarlashtiradigan tok jadallashuvi rotor holatini hosil qiladi, u mashinani dastlabki holatiga qaytaradi (4.51. v.rasm)

4.51-rasm. Sinxron mashinaning tuganmas quvvatli tarmoqqa parallel ishlovchi soddalashtirilgan vektorli diagrammasi:

4.52-rasm. Sinxron mashinaning tarmoq bilan parallel ishlashi: a –generatorli; b- motor rejimida Yakunlovchi E EYUK tokni hosil qiladi

Bu yerda x_s- mashinaning sinxron qarshiligi.
Tok mashinaning qarshiligi bilan aniqlanadi,shunday qilib tarmoq tuganmas quvvatga ega tarmoq nolga teng qarshilikka ega. Shu bilan birga sinxron mashinalarning faqat induktiv qarshiligi hisobga olinadi, shunday qilib foydali qarshilikka e’tibor bermasa ham bo’ladi. Ko’rilgan misolda mashinaning valiga qarshilik holati Ms nolga teng bo’lgan. Parallel ishlashda sinxron mashina generatorda, motor reji-mida ishlaydi, M_s=0-v da esa sinxron kompensator rejimida ishlaydi.
Generator rejimida mexanik quvvat elektrliga o’zgaradi. Mashina vali rotor chastotasi aylanishi oshgan holatida quvvatlanadi. Biroq generator elektrenergiya berayotgan bo’lsa, parallel ishlashda qarshi ta’sirqiluvchi sinxronlash holati kelib chiqadi, bu mashinada sinxronizm ushlab qoladi. Tor tirqishida maydon deformatsiyalanadi (4.52,a-rasm). Mashinaning yuklamasini o’q qutbi va o’q maydonidagi elektrli burchak bilan tavsiflash mumkin. Bu burchakni burchak Yuklamasi deb qabul qilingan.
Agar mashinada yo’qotishlarni asramasa, unda tarmoq uzatayotgan quvvat tor tirqishda to’plangan quvvatga teng bo’ladi. Bu quvvat elektrmagnitli P_emquvvat deyiladi. U vektorli diagramma bilan belgilanadi (4.51,b-rasm) ya’ni

P_em quvvati keyinchalik xuddi shundayaniqlanadi,
Sinxron mashinaning valiga harakat rejimida tarmoqdan olingach, mexanik energiyaga aylanuvchan qarshilik momenti va elektr energiya berilgan.

Rotor o’qi o’q maydonidan orqada qoladi (4.52,b rasm) , belgisini o’zgartiradi. Hisoblash mumkinki, agar motor rejimida quvvat yo’nalishi generator rejimiga nisbatan quvvatini o’zgartiradi. 4.51,v rasmdagi vektorli diagrammada U_s tarmoq kuchlanishiga nisbatan tok burchak siljigani bilan ifodalab berilgan.
Parallel ishlarda foydali elektrli quvvat mashinada validagi mexanik quvvat bilan muvozanatlashadi,mashinalar vali momentida elektrmagnitli moment bilan muvozanatlanadi. Motor bilan rivojalanayotgan maksimal moment uyg’otishtok va motor parametri bilan belgilanadi.
Sinxron kompensator rejimida M_s=0 teng bo’ladi va sinxron mashina tarmoqdan reaktiv quvvat iste’mol qilgan yoki uni bergan holda xuddi reaktiv quvvatli generator kabi ishlaydi. Asinxron mashinalar oldida sinxron mashinaning asosiy qadr-qimmati shundaki, uyg’otish tokidan qat’iy nazar sinxron mashina tarmoqdagi reaktiv quvvatdan oziqlanadi yoki uni tarmoqqa qaytarib beradi. Qayta uyg’otishda sinxron mashina tarmoqqa nisbatansig’im bo’lib hisoblanadi, uyg’otilmagangacha esa induktiv bo’ladi. tuganmas quvvatda parallel ravishda tarmoq bilan ishlovchi sinxron mashinada foydaliva reaktiv quvvatni taqsimlanishi, 4.12 da ko’rib chiqilgan[8].
Ko’p miqdordagi parallel ishlovchi, energetika tizimi ekvivalentli sinxron generatorni tashkil qiluvchi elektrli mashinalarda murakkab elektromexanikli jarayonlarni tahlili uchun ekvivalentli rotor tarmoq chastotasi bilan aylanadi, Yuklama esa- ekvivalentli asinxron motor bilan va foydali qarshilik bilan harakatlanadi. Energetik tizimda o’rnatilgan tartibda ishlab topiladigan quvvat Yuklamaga sarflanadi va aylanayotgan rotorda kinetik energiya sifatida va magnit maydonida to’planadi, bunda iste’molchilar va ishlab topilayotgan quvvat o’rtasida balansga rioya qilinadi.
Energetik tizimda o’tish jarayonlarida yuklamaning o’zgarishi elektrostansiyalarda ishlab chiqilayotgan elektr energiya o’zgarishi bilan qoplanadi.
Energetik tizimda o’tish jarayonlarida elektrli mashinalarda sinxron tarzda aylanayotgan rotor massasida zahiralangan kenetik energiya muhim ahamiyatga ega. Zahiralangan energiyani o’zgartirish yo’li bilan tizim chastotasini stabillash amalga oshiriladi. Biroq, stabillash uchun Energetik tizimda to’plangan energiyaning faqatgina bir qismigina sarflanishi mumkin. Energetik tizimda 1 mln.kVt quvvatni yo’qotilishi 3-4 s keyin Energetik tizimda chastotaning 0,2 % pasayishiga olib keladi. Shunday qilib, doimiy kuchlanish ostida Energetiktizimida nominal qiymatdagi chastotaning og’ishi tizimda ishlab chiqilayotgan quvvatning oshib ketishidan yoki kamchiligi borligidan dalolat beradi.
Energetik tizimda barqarorlikni oshiruvchi keskin vositalar elektrstansiyalarda belgilangan quvvat zahirasi hisoblanadi va uzatish qobiliyati katta bo’lgan elektr tarmoqlarining tarmoqlanishini mavjudligi, transformator va elektr mashinalarini ishonchli ishlashi ham shunga kiradi.

Serial Peripheral Interface

Ketma ket interfeys
SPI (inglizcha seriyali periferik interfeys, SPI bus - ketma-ket periferik interfeys, SPI bus) - to'liq dupleks rejimda ma'lumotlarni uzatishning ketma-ket sinxron standarti, mikrokontroller va atrof-muhit birliklarining oddiy va arzon yuqori tezlikda interfeysini ta'minlash uchun mo'ljallangan. Ba'zida SPI to'rt simli deb ham ataladi.
Standart ketma-ket portdan farqli o'laroq, SPI har qanday uzatishni asosiy qurilma (protsessor) tomonidan ishlab chiqarilgan umumiy soat signali bilan sinxronlashtiriladigan sinxron interfeysdir. Qabul qiluvchi (qul) atrof-muhit bit ketma-ketligini qabul qilishni soat signali bilan sinxronizatsiya qiladi. Bir nechta IClar chip masterining bitta ketma-ket periferik interfeysiga ulanishi mumkin. Xo'jayin qul chipidagi chipni tanlash signalini faollashtirish orqali uzatish uchun qulni tanlaydi. Protsessor tomonidan tanlanmagan atrof-muhit birliklari SPI uzatishda qatnashmaydi.

SPI to'rtta raqamli signallardan foydalanadi:

MOSI - Master Out Slave In. Ma'lumotlarni xo'jayindan qulga o'tkazish uchun xizmat qiladi.

MISO - Master In Slave Out. Quldan xo'jayinga ma'lumot uzatish uchun xizmat qiladi.
SCLK yoki SCK - ketma-ket soat. Soat signalini qullarga etkazish uchun xizmat qiladi.
CS yoki SS - Chip Select, Slave Select.
Maxsus SPI port nomlari qo'shimcha qurilmalar ishlab chiqaruvchisiga qarab o'zgarishi mumkin, quyidagi variantlar mavjud:

MISO: SOMI, SDO (qurilmada), DO, DON, SO, MRSR;

MOSI: SIMO, SDI (qurilmada), DI, DIN, SI, MTST;
SCLK: SCK, CLK, SPC (SPI ketma-ket port soati);
SS: nCS, CS, CSB, CSN, NSS, nSS, STE, SYNC.
Ma'lumotlar liniyalaridagi bit tezligi master tomonidan yaratilgan SCK soati bilan belgilanadi, qullar soat tezligidan foydalanib ma'lumotlar uzatish liniyasidagi bitlar qachon o'zgarishini aniqlaydilar. Ham xo'jayin, ham xizmatkor sinxronlash pulsi (bit) hisoblagichiga ega. Qul qurilmasidagi hisoblagich ikkinchisiga paket uzatilishini tugatish momentini aniqlashga imkon beradi. Hisoblagich SPI quyi tizimi o'chirilganda o'chiriladi, u har doim masterda mavjud. Qulda hisoblagich odatda SS interfeysi signalini o'chirish orqali tiklanadi.
Asosiy va qul qurilmalarining harakatlari bir xil signal bilan taqqoslanganligi sababli, ushbu signalning barqarorligiga hech qanday talablar qo'yilmaydi, faqat sekinroq qurilmaning maksimal ish chastotasi bilan belgilanadigan yarim davrlar davomiyligi cheklangan. . Bu SPI-ni barqarorligi past stavkalari bo'lgan tizimlarda ishlatishga imkon beradi, shuningdek magistrning dasturiy ta'minotini taqlid qilishni osonlashtiradi.
Transmissiya paketlarda amalga oshiriladi. Paket uzunligi, qoida tariqasida, 1 baytni (8 bit) tashkil etadi, boshqa paket uzunlikdagi SPI dasturlari ma'lum, masalan, 4 bit. Magistr qulni tanlash pimini past darajaga o'rnatib, aloqa tsiklini boshlaydi. (Signal past bo'lganda:
qullar sxemasi faol;
MISO pimi "chiqish" rejimiga o'tkaziladi;
Xodimdan SCLK soat signali qul tomonidan qabul qilinadi va masterdan uzatiladigan qiymatlarning MOSI kiritilishida o'qilishini va qulning registri siljishini keltirib chiqaradi.
O'tkaziladigan asosiy va qul ma'lumotlari smenali registrlarga joylashtiriladi. Shundan so'ng usta SCLK liniyasida sinxronlash impulslarini ishlab chiqarishni boshlaydi, natijada ma'lumotlar o'zaro almashinadi. Ma'lumotlarni uzatish MOSI liniyasidagi masterdan va MISO liniyasidagi quldan birma-bir amalga oshiriladi. Transmissiya, qoida tariqasida, eng muhim bitlardan boshlab amalga oshiriladi, ammo ba'zi ishlab chiqaruvchilar bitlarni dasturiy ta'minot usullari bilan uzatish tartibini o'zgartirishga imkon beradi. Har bir ma'lumotlar to'plami uzatilgandan so'ng, usta SSL satrini yuqori darajaga etkazishi mumkin, chunki u qulni sinxronlashi mumkin.

Ma'lumot signallariga nisbatan SCLK signalining faza (CPHA) va qutblanish (CPOL) to'rtta kombinatsiyasi mavjud. Ishlash rejimlari CPHA va CPOL bitlarining kombinatsiyasi bilan belgilanadi:
CPOL = 0 - sinxronizatsiya signali past darajadan boshlanadi;
CPOL = 1 - sinxronizatsiya signali yuqori darajada boshlanadi;
CPHA = 0 - ma'lumotlar sinxronizatsiya signalining etakchi chetida namuna olinadi;
CPHA = 1 - ma'lumotlar sinxronizatsiya signalining tushgan chetida namuna olinadi.
SPI interfeysining ishlash rejimlarini ko'rsatish uchun quyidagi konventsiya qabul qilingan:
rejim 0 (CPOL = 0, CPHA = 0);
rejim 1 (CPOL = 0, CPHA = 1);
rejim 2 (CPOL = 1, CPHA = 0);
rejim 3 (CPOL = 1, CPHA = 1).

SPI interfeysining vaqt jadvallari:
CPOL = 0 bilan: CPHA = 0 (qizil vertikal chiziq) va CPHA = 1 (ko'k vertikal chiziq)
CPOL = 1 bilan: CPHA = 1 (qizil vertikal chiziq) va CPHA = 0 (ko'k vertikal chiziq)
Oddiy holatda bitta qul xo'jayinga ulanadi va ikki tomonlama aloqa talab qilinadi. Bunday holda, uch simli aloqa ishlatiladi. SPI interfeysi bir nechta qul qurilmalarini bitta masterga ulashga imkon beradi va ulanish bir necha usulda amalga oshirilishi mumkin.

SPI orqali bir nechta qullar bilan radial aloqa tuzilishi.
Birinchi usul radial aloqa tuzilishini ("yulduz" turidagi topologiyani) amalga oshirishga imkon beradi; u bir nechta qul qurilmalarini ulashning asosiy usuli hisoblanadi. Bunday holda, bir nechta qullar bilan aloqa o'rnatish uchun xo'jayin tegishli miqdordagi qul tanlash (SS) signallarini yaratishi kerak. Ma'lumotni qul qurilmasi bilan almashtirganda tegishli SS signal faol (past) holatga o'tkaziladi, qolgan barcha SS signallar esa nofaol (yuqori) holatda bo'ladi. Qullovchi qurilmalarning MISO ma'lumot pinlari parallel ravishda ulanadi, ular harakatsiz holatda bo'ladi va almashinuv boshlanishidan oldin chiqimlardan biri (tanlangan qul qurilmasi) faol rejimga o'tadi.

SPI orqali bir nechta qullar bilan aloqaning uzuk tuzilishi.
Ikkinchi usul qo'ng'iroq tipidagi aloqa tuzilishini amalga oshirishga imkon beradi. Bunday holda, bir vaqtning o'zida bir nechta qullarni faollashtirish uchun bitta SS signal ishlatiladi va barcha qurilmalarning ma'lumotlar pinlari ketma-ket ulanadi va yopiq elektronni hosil qiladi. Paket xo'jayindan uzatilganda, birinchi qul paketni oladi, u o'z navbatida o'z paketini keyingi qulga uzatadi va hokazo. Xo'jayinning to'plami ma'lum bir qulga etib borishi uchun xo'jayin yana bir nechta paketlarni yuborishi kerak.
Foyda:
Sukut bo'yicha ma'lumotlarning to'liq dupleks uzatilishi.
I²C yoki SMBus bilan taqqoslaganda yuqori samaradorlik.
Paket uzunligini o'zboshimchalik bilan tanlash imkoniyati, paket uzunligi sakkiz bit bilan chegaralanmaydi.
Uskunani amalga oshirishning soddaligi:
I²C va SMBus bilan taqqoslaganda kam quvvat talablari;
past barqaror soat chastotasi bo'lgan tizimlarda foydalanish mumkin;
I²C, GPIB yoki SCSI kabi interfeyslardan farqli o'laroq, qullarga noyob manzil kerak emas.
Faqat to'rtta pin ishlatiladi, bu parallel interfeyslarga qaraganda ancha kam.
Signallarning bir yo'naltirilganligi, agar kerak bo'lsa, xo'jayin va qullar o'rtasida oson galvanik izolyatsiyani ta'minlaydi.
Maksimal soat chastotasi faqat ma'lumotlar almashinuvida ishtirok etadigan qurilmalarning tezligi bilan cheklanadi.
Kamchiliklar:
I²C interfeysiga qaraganda ko'proq pin kerak.
Qul ma'lumotlar oqimini boshqarolmaydi.
Qul qurilmasidan ma'lumotlarni qabul qilishni tasdiqlash yo'q (asosiy qurilma ma'lumotlarni "hech qaerga" uzatishi mumkin).
Standartlashtirilgan xatolarni aniqlash protokoli yo'q.
Qurilmalarni sertifikatlashni imkonsiz qiladigan rasmiy standartning etishmasligi.
Ma'lumotlarni uzatish diapazoni bo'yicha SPI interfeysi UART va CAN kabi standartlardan pastdir.
Interfeysni amalga oshirishning ko'plab variantlari mavjudligi.
Issiq ulanadigan qurilmalarni qo'llab-quvvatlashning etishmasligi.
Dasturiy ta'minotni amalga oshirishga misol:
Quyida SPI sehrgarining C tilida dasturiy ta'minotini amalga oshirishga misol keltirilgan. Ma'lumotlar almashinuvi boshlanishidan oldin CS (chip select) liniyasi faollashtirilishi kerak (aksariyat hollarda past darajaga tortiladi) va almashinish tugagandan so'ng o'chiriladi. Aksariyat qurilmalar faol CS liniyasi bilan bir nechta uzatishni talab qiladi. Ushbu funktsiya qator faol bo'lganda bir necha marta chaqirilishi mumkin.
unsigned char SPIBitBang8BitsMode0(unsigned char byte)
{
unsigned char bit;