A mikroprocesszor mint a számítógép központi egysége, a hozzákapcsolt memóriával és be- kimeneti egységekkel együtt használható a gyakorlatban. Azokat az áramköröket, amelyek egy tokba integrálva tartalmazzák az elõbb felsorolt elemeket mikrovezérlõknek vagy más néven mikrokontrollereknek nevezzük. Ezek egy nagyobb rendszer részeként abba beillesztve, “beágyazva” önállóan is képesek mûködni, az összehangolt rendszermûködés érdekében egymással és a környezetükkel is kommunikálniuk kell. Ezek végeredményben szintén számítógépes hálózatok, ezért célszerû áttekinteni ezt a területet. Használatukra számos példát lehet hozni: ilyen vezérlõt tartalmaz a PC billentyûzete, az egér, a hajlékony- és merevlemezes meghajtó.

A következõkben néhány, ilyen rendszerben használt összeköttetésmódot mutatunk be, elõször egy párhuzamos, majd utána két soros megoldást.

Nagyon sok esetben kell mérõkészülékeket vezérelni, mérési eredményeiket feldolgozni, készülékek együttmûködésének biztosításával mérõrendszereket kialakítani. Mivel ilyen esetekben általában laboratóriumon belüli, nem nagy távolságokról van szó, ezért célszerû a párhuzamos adatátvitel elõnyeit kihasználni.

Az IEC 625 ajánlásában egy általános célú csatlakozó rendszer leírását specifikálta, amely elsõsorban automatikus mérõrendszerek készülékeinek összekapcsolásra szolgál, és biztosítja az összekapcsolt eszközök közötti kommunikációt.

Az IEC 625 ajánlás célkitûzései 

A kommunikáció üzenetek formájában zajlik: 

Alapvetõ sajátosságok: 

Az összekapcsolt készülékek kommunikációs státusza háromféle lehet: 

Funkcionális elõírások: 

A rendszer felépítése: A rendszer minden készüléke rendelkezik buszillesztõ egységgel a buszrendszer felépítése: 

Nézzük meg az egyes jelvezetékek szerepét: 

A Paralell Poll (PP) üzemmód lehetõvé teszi egy készüléknek, hogy nem beszélõ státuszban állapotüzenetet küldjön a vezérlõnek. A Serial Poll (SP) üzemmód lehetõvé teszi, hogy SRQ segítségével állapotüzenetet küldjenek a vezérlõnek.

A 62. ábrán látható idõdiagramon végigkövethetõ az adatátvitel handshake folyamata. Mivel a rendszer elemei eltérõ sebességûek ezért a buszsebesség a vezérlõjelek segítségével mindig a leglassabb készülékhez igazodik.

Az I²C, Inter IC azaz IC-k közötti busz. Az I²C busz nagybonyolultságú integrált áramkörök közötti soros információcserét biztosító, azt fizikailag három vezetékkel megvalósító sínrendszer. Az átviteli félduplex módon történik, sebessége kb. 100-400 kbit/s-ig növelhetõ. Az ilyen buszt tartalmazó nagybonyolultságú integrált áramkörök egymással könnyen, kevés vezetékkel tudnak sorosan kommunikálni. A kommunikáció kétirányú adatvonalon (SDA=Serial Data) keresztül történik, és egy külön órajel (SCL=Serial Clock) szinkronizálja az adatvezetéken az adatokat.

A busz elvi felépítése az 63. ábrán látható.

A tranzisztorok kikapcsolt állapotában a felhúzó ellenállás miatt, a vonalak magas állapotban vannak. Ez az alaphelyzet. Ha bármelyik tranzisztort bekapcsoljuk, az a vezetéket a földre kapcsolja, így nulla állapotú. Ezt a megoldást az elektronikában huzalozott vagy kapcsolatnak hívják.

A vezérlési elvbõl következik, hogy mindig csak egy egység vezérelheti az adott vezetéket, a többi egység a tranzisztorát nem kapcsolhatja be. Az eddig tárgyalt adás mellett minden egység képes a vonalon lévõ adatokat is venni egy erõsítõn keresztül.

Még egy érdekes megállapítás: egy egység el tudja dönteni hogy a vezetéket más nem vezérli-e. Ha ugyanis az adatokat a vezetékre kapcsolja, a saját vevõerõsítõjén ugyanazt az adatot kell vennie, mint amit kiküldött. Ha ez nem teljesül, valamelyik másik egység is “piszkálja” a vonalat, azaz a buszfoglaltság azonosítható.

Az elõzõekbõl következõen minden egység lehet Adó ill Vevõ. Ezen felül megkülönböztetünk Master és Slave eszközöket. Így összesen két funkció és két szerep különböztethetõ meg: 

TRX = Transmitter (adó): Az egység amelyik adatot küld a buszra.

RCV = Recevier (vevõ): Az egység amelyik adatot fogad a buszról.

MST = Master (mester): Az egység amelyik kezdeményezi az átvitelt, az átvitelhez az órajelet generálja, és be is fejezi az átvitelt.

SLV = Slave (szolga): A mester által megcímzett egység.

Egy mikrokontroller I²C egysége mindegyik szerepre és funkcióra képes. Természetesen ha ez az egység vezérli a perifériákat (és a gyakorlatban ez a leggyakoribb eset), akkor szerepe: mester és a perifériák a szolgák.

A busz multi-master kialakítású. Ez azt jelenti, hogy buszra kapcsolódó eszközök közül nem csak egy, hanem több is átveheti az átvitel vezérlését.

Ezzel kapcsolatos fontos tulajdonság az arbitration, vagy döntés. Ez egy eljárás, ami biztosítja, ha egynél több mester akarja a buszt vezérelni, akkor ezt csak egyetlen egy tudja megtenni, így adatvesztés nem léphet fel.

Az átvitel bit szinten a következõ: az eredetileg magas szinten lévõ SDA vonalra kerül a 0 vagy 1 értéknek megfelelõ feszültségszint. Az SCL vonal magas szintje alatt érvényes az adat. Az adat csak az SCL vonal alacsony szintje alatt változhat.

A busz aktív és inaktív állapotát a START és STOP feltételekkel tudjuk definiálni.

START feltétel akkor lép fel és a busz aktív lesz amikor SCL magas állapotában az SDA vonalon egy H-L átmenet van.

STOP feltétel akkor lép fel, amikor SCL magas állapotában az SDA vonalon egy L-H átmenet van.

A START és STOP állapotokat csak a mester generálhatja. A busz aktív a START és STOP állapot között. Ezután válik a busz szabaddá.

Az SDA vonalon sorosan átvitt adat mindegyike 1 bájt = 8 bit hosszúságú. Az átvitt bájtok száma nincs korlátozva. Az adónak a vevõ minden bájt vételét egy L szintû nyugtázó (ACK = acknowledge) bit küldésével igazolja. Az ehhez szükséges órajelet a mester generálja, az adó az SDA vonalat elengedi. A vevõnek ekkor az ACK generáláshoz le kell húznia az SDA vonalat. Az átvitel a legmagasabb helyiértékû (MSB) bittel kezdõdik.

Az adatbiteket az adó, az ACK bitet a vevõ küldi. Ha egy vevõ nem képes egy adatot venni akkor az ACK bit küldése helyett az SCL vonalat 0 szinten tartja. Ez egy várakozó állapot.

Vegyük észre, hogy az adat- és az órajel vonalat az adó és a vevõ felváltva használja. Ez megköveteli mind az adó mind a vevõ számára a nagyon pontos kommunikációs feltételek betartását.

A "minden bájt nyugtázása" szabály alól két kivétel van: 

A buszon lévõ minden eszköznek saját címe van. Mielõtt adatátvitel történne a buszon , a mester START állapotba hozza a buszt , majd kiadja a buszra a szolga címét , amelyikkel adatot akar cserélni. Az a szolga , amelyik felismeri a saját címét , ACK jelet küld vissza. A címzést a mester végzi közvetlenül START állapot után. Ez az elsõ küldött bájt.

A cím hét bites. A nyolcadik bit dönti el a szolgával történõ adatcsere irányát. 0.bit jelöli az írást, ilyenkor a mester küld adatokat (W), 1 értékû bit pedig az olvasást (R).

A buszra kapcsolódó eszközök címei két kategóriába sorolhatók: Az egyik kategóriában a cím programozható, ezek általában a mikrokontrollerek. A másik kategóriát a különféle funkciókat megvalósító periféria áramkörök alkotják.

Ezeknél az eszközök címe két részbõl tevõdik össze: egy típus címbõl (4 bit) és egy hardver címbõl (3 bit); az eszköz tokozásán a megfelelõ lábak 0-ba ill. 1-be kötésével. A típus cím az azonos (típusú) tokoknál mindig megegyezik. Ezzel a címmel jelentkezik be a slave eszköz ill. ezzel a címmel szólítja meg a master eszköz a slave-et adatcsere elõtt.

Az egy mester — több szolga struktúrájú buszon zajló adatátvitel a következõ (M jelöli a mester által-, L a szolga által küldött adatbiteket):

A mester START állapotba hozza a buszt (S) és kiküldi a szolga címét. A cím legkisebb helyiértékû bitje W=0. Ezt a szolga az ACK jel visszaküldésével igazolja (A). Ezek után a mester küldi az adatokat a szolgának (DATA), és az minden bájt vételét (A) küldésével igazolja. Az utolsó adat küldése után a mester STOP állapotba hozza a buszt (P).

A mester START állapotba hozza a buszt (S) és kiküldi a szolga címét. A cím legkisebb helyiértékû bitje R=1. Ezt a szolga az ACK jel visszaküldésével igazolja (A). Ezek után a mester fogadja az adatokat a szolgától (DATA), és minden bájt vételét (A) küldésével igazolja. Az utolsó adat küldését a mester negatív nyugtázással jelzi (NA) Ezek után a mester STOP állapotba hozza a buszt (P).

A fenti esetben a mester minden átvitelnél a buszt újból nyitja és zárja.

Amennyiben a buszon több szolgával akar a mester adatot cserélni, a minden átvitelt lezáró STOP, majd az indító újabb START állapot sokat lassít az átvitelen. Ilyenkor használható az ismételt START állapot generálása. Ez az jelenti, hogy az átviteleket nem STOP (P) hanem a következõt indító START (S) állapottal fejezzük be, azaz a mester a buszt folyamatosan használja.

Itt egy olyan esetet látható, amikor elõször a mester adatokat kapott egy szolgától, majd utána adatokat küld nem szükségképpen azonos címû szolgának.

A fenti adatátviteli protokollokat két módon lehet megvalósítani: vagy beépített hardver segítségével (ilyeneket tartalmaznak az erre felkészített mikrokontrollerek és az I¨C buszra kifejlesztett periféria áramkörök), vagy megvalósítására szoftver "bit-billegtetéses" programot írhatunk. A fent ismertetett adatátviteli változatokat az 66. ábrán foglaltuk össze. Az M illetve L betûk azt jelzik, hogy az adott bájtos a mester vagy a szolga küldi.

Az adatátvitel megvalósítható (a közös föld mellett) egy vezetékkel is. Ilyenkor a soros adat szinkronizmusát egy külön órajel nem tudja biztosítani, ezért a már az aszinkron soros átvitelnél ismertetett idõzítéses szinkronizálás jöhet számításba. Nézzük a 67. ábrát!

A kétirányúságot az elõzõekben már bemutatotthoz hasonló tranzisztor-erõsítõ kombináció biztosítja. Természetesen az átvitel itt is csak félduplex lehet.

Egy bit átvitelekor a mester az eredetileg alacsony szintû vonalat 1 m s ideig elengedi, így az magas állapotba kerül. Utána ha a mester egy 60 m s-os tartományon belül végig nulla szintet kényszerít a vonalra, akkor ezt 0 értékû bitnek értelmezi a szolga.

Ha ezen belül (általában a felénél) 1-be váltja a vonalat, akkor 1 értékû bitet küldött. A szolga által küldött adást is a mester vezérli. Induláskor itt is a mester adja a vonalra az 1 m s.-os magas szintet. Ezek után 1 m s múlva figyeli a vonalat, ha a szolga legalább 15 m s idõre magasra állítja, akkor 1 értékû bitet küldött, ha nulla szinten tartja, akkor 0 értékû bitet küld vissza.

A most bemutatott két megoldás jól illusztrálja azokat a lehetõségeket, amelyeket egy kontrollerrel megvalósított kommunikáció biztosítani tud.

Ábrajegyzék

Bevezetés

1.fejezet: A hálózatok célja, alkalmazása, alapfogalmak

2. fejezet: Általános elméleti alapok, Vonalak megosztása, Vezeték nélküli átviteli közeg, Analóg átvitel, Digitális átvitel, Párhuzamos és soros adatátvitel, Aszinkron soros adatátvitel, Terminálkezelés, X.21 interfész, ISDN-integrált szolgáltatású digitális hálózat, Soros kommunikáció, Ellenõrzõ kérdések és válaszok

3.fejezet: Közeg-hozzáférési módszerek

4.fejezet: Adatkapcsolati protokollok

5.fejezet: Hálózati réteg

6.fejezet: A felsõbb rétegek

7.fejezet: Lokális hálózatok

8.fejezet: A TCP/IP protokoll és az Internet

9. fejezet: Szótár

Irodalomjegyzék

Tárgymutató