آشنایی مختصر با دوره پروتکل های ارتباطی میکروکنترلر

 

در دنياي صنعتي امروز ، ارسال و دریافت ديتا به عنوان يکي از مهمترين بخش هاي پروژه ها و سیستم های کنترلي شناخته می شود و تقریبا در تمامی پروژه ها ارتباط میکروکنترلر با سایر دستگاه ها و سنسورها از اهمیت ویژه ای برخوردار است . پروتکل های ارتباطی در حقیقت استانداردهای بین المللی برای ارتباط فی ما بین دستگاه ها می باشد که توسط سازمان ها و نهادهای جهانی و حتی شرکت های صاحب تکنولوژی طراحی و ارائه شده اند . پروتکل های ارتباطی پرکاربرد میکروکنترلرها  UART, SPI, I2C, LAN, CAN, USB می باشند که در کلاس پروتکل های ارتباطی میکروکنترلر نیراسیستم آموزش داده می شود .

تحلیل بازار کار

 

سیستمهای اتوماسیون سالهاست مدیریت کارگاه ها و کارخانجات را بدست گرفته است و مهندسین زیادی را برای بهینه سازی و ارتقای به آن مشغول به کار شده اند . هم چنین طراحی و راه اندازی سیستم های کنترلی که با سنسورها ، دستگاه ها و سیستم های دیگر در یک شبکه کنترلی مورد استفاده قرار می گیرند ؛ نیازمند مهندسین توانمند و با تجربه در امر بکارگیری پروتکل های ارتباطی متناسب با هر کدام از این دستگاه ها می باشد . تسلط یک مهندس با تخصص برنامه نویسی میکروکنترلر بر روی پروتکل های ارتباطی نشان دهنده تخصص و مهارت فرد است . 

توانایی دانشجو پس از پایان دوره پروتکل های ارتباطی میکروکنترلر

 

دانشجو در پایان دوره می تواند :

• انتقال دیتا از طریق پروتکل ارتباطی سریال را انجام دهد

• با استانداردهای ارتباطی سریال TTL, RS232, RS485, RS422 کار کند

• ارتباط سریال در پروژه ها از طریق میکرو ARM سری STM را پیاده سازی نماید

• شبکه کردن چند دستگاه توسط پروتکل SPI را انجام دهد

• راه اندازی کارت های حافظه SD Card و آی سی های مبتنی بر SPI را پیاده سازی نماید

• ارتباط دو سیمه یا TWI را در پروژه ها مورد استفاده قرار دهد

• تجربه راه اندازی سنسورها و آی سی های مبتنی بر پروتکل I2C را کسب نماید

• ارسال دیتا از طریق پورت USB به کامپیوتر را پیاده سازی کند

• پورت USB میکروکنترلر ARM را در پروژه ها به کار گیرد

• ارسال و دریافت اطلاعات از طریق پروتکل CAN را راه اندازی نماید

• انتقال اطلاعات بین میکروکنترلر و کامپیوتر از طریق پورت LAN را انجام دهد

• پیاده سازی یک وب سرور (Web Server) در میکرو STM را تجربه کند

 

شیوه برگزاری کلاس

 

یادگیری پروتکل های ارتباطی میکروکنترلرها صرف نظر از نوع میکروکنترلر نیازمند دانش برنامه نویسی و هم چنین تکنیک های پیاده سازی مدارهای دیجیتال مبتنی بر میکرو می باشد . کار با سنسورهای رایج ، تجربه ارسال دیتا به صورت مقدماتی و مهارت به کارگیری واحدهای میکروکنترلر در این زمینه بسیار ضروری و لازم است .

در این دوره ضمن آموزش و معرفی انواع پروتکل های ارتباطی میکروها و بیان مزایا و محدودیت های هر یک به صورت عملی اقدام به راه اندازی هر کدام از پروتکل های ارتباطی خواهیم کرد . هم چنین با استفاده از سخت افزارهای تعبیه شده در کلاس برای یادگیری موثر و با کیفیت تجربه انتقال دیتا و راه اندازی سنسورها و دستگاه های مختلف را خواهیم داشت .

میکرو مورد استفاده در این دوره میکروکنترلر ARM سری STM32 خواهد بود .

سرفصل دوره پروتکل های ارتباطی میکروکنترلر:

• پروتکل ارتباطی UART - Universal Asynchronous Receiver /Transmitter :

♦ آشنایی با پروتکل ارتباطی UART ، مزایا ، کاربردها و شیوه به کارگیری

♦ آشنایی با استانداردهای ارتباطی سریال TTL, RS232, RS485, RS422

♦ مفهوم Hand Shake در ارتباط UART,USART

♦ ارسال و دریافت یک فریم (Packet) اطلاعات و بررسی فریم مدباس (modbus protocol) جهت ارتباط با دستگاه های PLC , HMI

♦ راه اندازی عملی واحد UART میکروکنترلر ARM

♦ ارسال دیتا به صورت سریال با استاندارد TTL, RS232, RS485, RS422

♦ برقراری ارتباط بین میکرو ARM و PC

• پروتکل ارتباطی SPI - Serial Peripheral Interface :

♦ آشنایی با پروتکل SPI ، مزایا ، کاربردها و شیوه به کارگیری

♦ مفهوم ارتباط Master/Slave در پروتکل SPI

♦ امکان شبکه کردن چند دستگاه توسط پروتکل SPI

♦ راه اندازی ماژول RFID Reader توسط میکروکنترلر آرم

♦ راه اندازی حافظه SD Card توسط پروتکل SPI از طریق STM32

• پروتکل ارتباطی I2C - Inter-Integrated Circuit یا TWI - Two Wire Interface :

♦ آشنایی با پروتکل I2C  یا TWI ، مزایا ، کاربردها و شیوه به کارگیری

♦ اتصال چند سنسور به میکرو فقط از طریق 2 سیم توسط پروتکل I2C

♦ نحوه آدرس دهی به صورت نرم افزاری و مفهوم بیت های ACK , NACK

♦ راه اندازی حافظه EEPROM (24Cxx) توسط میکروکنترلر ARM با ارتباط دو سیمه

♦ راه اندازی آی سی تقویم و ساعت (DS1307) از طریق STM32

• پروتکل ارتباطی USB - Universal Serial Bus :

♦ آشنایی با پروتکل ارتباطی USB ، مزایا ، کاربردها و شیوه به کارگیری

♦ تفاوت سرعت انتقال اطلاعات در دستگاههای USB

♦ مفهوم نقطه پایانی (End Point) در ارتباط USB

♦ تفاوت USB Device و  USB Host

♦ مرحله پرسش و پاسخ در هنگام اتصال دستگاه USB به Host

♦ انواع توصیفگرهای (Descriptor) نرم افزاری برای شناسایی دستگاه

♦ نحوه آدرس دهی دستگاهها توسط Host

♦ ارسال دیتا از طریق پورت USB به کامپیوتر

♦ راه اندازی عملی پورت USB میکروکنترلر ARM

• پروتکل ارتباطی  CAN - Controller Area Network :

♦ آشنایی با پروتکل CAN ، مزایا ، کاربردها و شیوه به کارگیری

♦ مفهوم ارتباط Multi Master در پروتکل CAN

♦ لایه سخت افزاری پروتکل ارتباطی CAN

♦ راه اندازی آی سی پتانسیومتر دیجیتال mcp2551 توسط میکرو STM32

♦ فریم ارتباطی CAN و ساختار نرم افزاری آن در میکروکنترلر ARM

♦ ارسال و دریافت اطلاعات از طریق پروتکل CAN به عنوان یک Node در شبکه

• پروتکل ارتباطی LAN - Local Area Network :

♦ آشنایی با پروتکل LAN، مزایا ، کاربردها و شیوه به کارگیری

♦ آشنایی با مبانی شبکه های کامپیوتری

♦ لایه های نرم افزاری و سخت افزاری شبکه های کامپیوتری

♦ آشنایی با پروتکل های رایج شبکه مانند TCP, UDP, FTP, HTTP و ...

♦ انتقال اطلاعات بین میکروکنترلر و کامپیوتر از طریق پورت LAN

♦ پیاده سازی یک وب سرور (Web Server) در میکرو STM

عناوین بخشی از پروژه‌ها و تمرین‌های دوره :

• ارسال و دریافت یک فریم (Packet) اطلاعات و بررسی فریم مدباس (modbus protocol) جهت ارتباط با دستگاه های PLC , HMI

• ارسال دیتا به صورت سریال با استاندارد TTL, RS232, RS485, RS422

• برقراری ارتباط بین میکروکنترلر و  PC

• شبکه کردن چند دستگاه توسط پروتکل SPI

• راه اندازی ماژول RFID Reader توسط میکروکنترلر ARM

• راه اندازی کارت حافظه SD Card توسط پروتکل SPI از طریق میکرو

• اتصال چند سنسور به میکرو فقط از طریق 2 سیم توسط پروتکل I2C

• راه اندازی حافظه EEPROM (24Cxx) توسط میکرو ARM با ارتباط دو سیمه

• راه اندازی آی سی تقویم و ساعت (DS1307) از طریق میکرو

• انتقال اطلاعات از طریق پورت USB به PC

• راه اندازی عملی پورت USB میکروکنترلر ARM

• راه اندازی آی سی پتانسیومتر دیجیتال mcp2551 توسط میکرو STM32

• ارسال و دریافت اطلاعات از طریق پروتکل CAN به عنوان یک Node در شبکه

• انتقال دیتا بین میکرو و کامپیوتر از طریق پورت LAN

• پیاده سازی یک وب سرور (Web Server) در میکروکنترلر STM

دانشجویان و علاقمندانی که تمایل دارند به توانمندی کار با انواع درگاه های ارتباطی میکروکنترلر برسند می بایست با تکنیک های برنامه نویسی به صورت کامل آشنا باشند و هم چنین راه اندازی واحدهای مختلف میکروکنترلر ARM ترجیحا سری STM را تجربه و به صورت عملی پیاده سازی کرده باشند . توصیه می شود با مباحث اولیه انتقال دیتا از طریق پروتکل های سریال که معمولا در دوره های مقدماتی تدریس می شوند به صورت کامل آشنا باشند و در پروژه های ساده از این امکان استفاده کرده باشند .  

در طول دوره از سخت افزارهای طراحی شده توسط بخش فنی مجموعه نیراسیستم استفاده خواهیم کرد که برای یادگیری عملی راه اندازی پروتکل های ارتباطی UART, SPI, I2C, LAN, CAN, USB بسیار مناسب است و امکان کسب این مهارت بسیار کاربردی را فراهم شده است . 

در حال به روزرسانی

در حال به روزرسانی