В этой статье я хотел бы познакомить Вас с USB модулем Ke-USB24A от KERNELCHIP (http://www.kernelchip.ru). Что это такое и для чего он нужен?
Наверняка, те кто занимаются разработкой и эксплуатацией устройств сопряжения с компьютером хорошо знакомы и LPT и COM портами — ещё бы, ведь именно они являлись до недавнего времени основными способами коммуникации между внешней схемой и компьютером. Но, в настоящий момент времени эти порты постепенно исчезают из состава материнских плат современных компьютеров. Встает вопрос о переходе на шину USB. Помимо кучи преимуществ использование этой шины требует гораздо больше усилий чем например, обычный COM порт. Теперь необходимо программировать USB микроконтроллер, заниматься разработкой USB драйвера, существенно усложнять программное обеспечение. Даже использование HID устройства не всегда является удобным — требуется довольно громоздкая процедура работы с устройством на стороне PC. Примеры для работы с ней широко распространены для языка С++. А что делать, если мы хотим использовать, например, Java?
Если перед нами стоит задача управления внешними устройствами, например, ключами, реле и т.д. через шину USB интересным ходом будет использование модуля Ke-USB24A. Он предназначен для сопряжения внешних цифровых и аналоговых устройств, датчиков и исполнительных механизмов с компьютером через шину USB. Модуль имеет 24 линии ввода/вывода с возможностью независимой настройки направления передачи данных.
Одной из интереснейших особенностей этого модуля является то, что при подключении его к компьютеру он определяется операционной системой как дополнительный COM порт! Т.е. если установить для модуля драйвера (уже готовые, и доступные для скачивания на сайте разработчика), то в диспетчере устройств в разделе последовательных портов появится новый COM порт. Именно через него мы будем общаться с модулем.
Это означает что с программной точки зрения обмен информацией между модулем и компьютером осуществляется через интерфейс обычного последовательного порта. Последнее обстоятельство существенно облегчает программирование, т.к. нет необходимости в применении дополнительных динамических библиотек, сложных интерфейсов и непосредственного общения с драйвером. Для написания собственных программ управления модулем возможно применение любого языка/среды программирования, поддерживающих возможность работы с COM портами. Можно использовать C++, Delphi, VisualBasic, Java и даже встроенный в Excel язык VBA!
Также внутри модуля уже интегрирован 10-ти разрядный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с частотой дискретизации до 400 Гц. Также модуль имеет возможность сохранения настроек направлений линий ввода/вывода, позволяет сохранять в своей памяти данные пользователя. Также модуль позволяет изменять свой строковый дескриптор USB устройства. Именно этот текст появляется в Windows при подключении нового USB устройства. У Вас есть возможность установить и сохранить свой собственный текст, который будет появляться при подключении модуля к компьютеру.
Как осуществляется управление модулем? Решение тоже весьма интересно — используются текстовые команды, наподобие тех, которые применяются в управлении модемами. К примеру, чтобы установить высокий уровень напряжения (+5 В) на линии ввода/вывода под номером 14 необходимо в COM порт, ассоциированный с модулем записать команду вида $KE,WR,14,1 , чтобы подать логический ноль — $KE,WR,14,0 и т.д. Для дальнейшего ознакомления с модулем рекомендую скачать описание команд управления Ke-USB24A (скачать).
Познакомимся поближе с выводами модуля. Назначение и схема их расположения показаны на рисунке и в таблице ниже.
Номер вывода
Обозначение
Описание вывода
1, 32
+ 5 В
Если джампер JM1 установлен – на выводе установлено напряжение +5 В от шины USB (питание модуля осуществляется от шины USB). Если джампер не установлен, на данный вывод необходимо подать напряжение + 5 В от внешнего источника для питания модуля Ke-USB24A (модуль физически отключен от шины питания USB).
2
Vadc
Аналоговый вход АЦП
3
I/O1
Линия ввода/вывода 1
4
I/O2
Линия ввода/вывода 2
5
I/O3
Линия ввода/вывода 3
6
I/O4
Линия ввода/вывода 4
7
I/O5
Линия ввода/вывода 5
8
I/O6
Линия ввода/вывода 6
9
I/O7
Линия ввода/вывода 7
10
I/O8
Линия ввода/вывода 8
11
I/O9
Линия ввода/вывода 9
12
I/O10
Линия ввода/вывода 10
13,14,15
NC
Вывод не используется (Not Connected)
16, 17
GND
Земля
18
I/O11
Линия ввода/вывода 11
19
I/O12
Линия ввода/вывода 12
20
I/O13
Линия ввода/вывода 13
21
I/O14
Линия ввода/вывода 14
22
I/O15
Линия ввода/вывода 15
23
I/O16
Линия ввода/вывода 16
24
I/O17
Линия ввода/вывода 17
25
I/O18
Линия ввода/вывода 18
26
I/O19
Линия ввода/вывода 19
27
I/O20
Линия ввода/вывода 20
28
I/O21
Линия ввода/вывода 21
29
I/O22
Линия ввода/вывода 22
30
I/O23
Линия ввода/вывода 23
31
I/O24
Линия ввода/вывода 24
Теперь давайте перейдем сразу к практическому использованию модуля. Соберем схему на основе модуля для управления внешними нагрузками через шину USB, например, давайте будем управлять светодиодами, подключенными к линиям ввода/вывода. Рекомендованная схема от производителя представлена ниже. Схема предельно проста — к линиям ввода/вывода просто подключены светодиоды. Все светодиоды «сажаются» на общий провод схемы — например, вывод 16 модуля. Обратите внимание, что если Вы хотите управлять более мощными нагрузками, например, лампочками, реле или моторами Вам необходимо позаботится о буферной схеме, т.к. Ke-USB24A не выдержит такой нагрузки и перегорит. Светодиоды можно подключать вполне спокойно.
Со схемотехникой разобрались — пора переходить к софту. Нам необходима программа, которая могла бы передавать данные через COM порт. Тут есть несколько вариантов — можно использовать уже готовую программу, например, HyperTerminal, входящую в состав любой ОС Windows. Можно использовать специальную терминальную программу KeTerm, рекомендуемую разработчиком (для нее доступны исходные коды на языке С++, среда разработки Microsoft Visual C++ 6.0). Скачать ее можно на сайте Kernelchip. И наконец, наиболее интересный вариант — написать свою программу. Это весьма просто, т.к. нам потребуются знания лишь по программированию COM порта — о программировании USB нам даже вспоминать не ненужно.
Начнем с HyperTerminal т.к. она есть в любой версии Windows и всегда под рукой. Для ее запуска выберите Пуск ->Программы -> Стандартные -> Связь -> HyperTerminal. Тотчас же запуститься мастер создания нового соединения с предложением указать имя соединения. Укажите любое название, нажмите «OK». Следующим шагом необходимо выбрать COM порт через который необходимо установить соединение. В списке выбираем такой номер порта который был выделен Windows для модуля (можно посмотреть в диспетчере устройств). Нажмите «OK». Далее мастер предложит изменить настройки порта. Здесь необходимо сделать важное замечание – такие параметры как скорость, количество битов данных, битов четности и остальные настройки не имеют ни какого значения для модуля, т.к. фактически данные передаются по шине USB. Можно смело оставить все настройки по умолчанию. Нажмите «OK».Итак, соединение установлено. Далее настоятельно рекомендуется изменить некоторые настройки в программе для удобства работы. В главной панели программы нажмите на кнопку «Свойства». В открывшемся окне перейдите на вкладку «Параметры» и нажмите на кнопку «Параметры ASCII…». Установите флажки как на рисунке ниже. Обратите внимание на первый флажок. Синтаксис команд модуля требует чтобы все команды заканчивались символом возврата каретки и перевода на новую строку. Нажмите «OK».
Все настройки выполнены. Можно приступать к работе. Для начала отправим модулю самую простую команду $KE – команду проверки. Набираем текст $KE и нажимаем Enter. В ответ мы получаем строку #OK – это значит что модуль исправен и готов к работе.
Ну а дальше дело техники — используем команду $KE,WR с нужным номером линии и необходимым значением для записи. Посылаем разные команды — мигаем светодиодами.
На этом я хотел бы закончить эту вводную статью. Далее мы познакомимся с тем как управлять модулем из программ написанных на С++, Delphi и даже из EXcel. Познакомимся с другими полезными функциями модуля, например АЦП.
Перейти ко второй части статьи: управление модулем Ke-USB24A из Excel
Автор: Дмитрий Иванов (Grirog). Апрель 2008 г.