Сварка, резка и пайка металлов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Сибирский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика М.Ф. Решетнёва»

Факультет: машиноведения и мехатроники

Кафедра: технологии машиностроения

Специальность: мехатроника и робототехника

Группа: БМЕ 12-01

ОТЧЁТ

По производственной практике

Выполнил студент: Лысенко В.В.

Руководитель практики

от учебного заведения: ст.пр., В.А. Будьков

Красноярск 2015

Содержание

Введение

1. Техника безопасности при слесарных работах

2. Техника безопасности при сварочных работах

3. Техника безопасности при пайке

4. Интерфейсы ПО

4.1 Подразделения интерфейса на типы

4.2 СОМ-порт

4.3 Использование СОМ-портов

4.4 Ресурсы и конфигурирование СОМ-портов

4.5 Шина USB.Общая характеристика

4.6 Физический интерфейс USB

Заключение

Список использованных источников

Введение

С 1 июля 2014 года по 18 июля 2014 года я отрабатывал производственную практику в ресурсном центре «Космические аппараты и системы» (РЦ «КАС»).

Ресурсный центр «Космические аппараты и системы» (РЦ «КАС») является структурным подразделением Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева (г. Красноярск). Ресурсный центр создан в 2009 году по результатам конкурсного отбора.

Целью создания подразделения является приведение учебно-исследовательской базы вуза в соответствие с современными требованиями подготовки ученых и специалистов для организаций оборонно-промышленного комплекса и предприятий высокотехнологичных секторов экономики. В центре сконцентрированы необходимые интеллектуальные, методические и технические ресурсы, обеспечивающие научную и кадровую поддержку космической отрасли России.

Результатом сотрудничества подразделения СибГАУ с высокотехнологичными предприятиями, стала реализация инновационных заделов вуза в области конструирования, гелиоэнергосистем, механической обработки деталей, проведения испытаний на ЭМС, разработки электронных устройств, контроля и испытаний электронных компонентов космических аппаратов, изготовления конструкций из композитных материалов, изготовления специализированного инструмента.

Центр включает в себя лаборатории, оборудованные современным измерительным, аналитическим и технологическим оборудованием: лаборатория космической энергетики и силовой электроники, лаборатория электронных систем КА, лаборатория механических систем КА, лаборатория контроля и испытаний электронных компонентов КА, лаборатория сварки и другие.

Главная цель РЦ «КАС» _ это выполнение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, отвечающих требованиям заказчиков. Качество - одно из основных средств достижения этой цели.

РЦ «КАС» выполняет заказы одного из ведущих предприятий российской космической отрасли ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва, перенимая бесценный многолетний практический опыт российского лидера спутникостроения в области конструирования, опытного производства, контроля качества.

Области научных направлений

Изделия из композиционных материалов, -механическая обработка, -крупногабаритные трансформируемые конструкции, -электромагнитная совместимость, -электронные системы.

1. Техника безопасности при слесарных работах

сварка пайка металл

Требования безопасности перед началом работ:

1.1 Наденьте спецодежду и другие установленные для данного вида работ средства индивидуальной защиты. Одежда должна быть застегнута на все пуговицы и заправлена, брюки должны быть поверх обуви, застегните обшлага рукавов, уберите волосы под плотно облегающий головной убор.

1.2. Проверьте исправность рабочего инструмента, приспособлений:

- молотков, которые должны быть надежно насажены на исправные рукоятки овального сечения и расклинены металлическими завершенными клиньями, иметь слегка выпуклый и нескошенный боек без трещин, наклепов и заусенец;

- омедненного инструмента, исключающего искрение при ударах, для работы на взрывопожароопасных участках производства, в помещениях, емкостях;

- ключей гаечных, которые должны соответствовать размерам гаек и головок болтов, иметь параллельные, нескошенные губки без трещин и забоев;

- напильников и шаберов, которые должны быть прочно закреплены в рукоятках с бандажными кольцами;

- зубил, крейцмеселей, бородков, обжимок, кернов, которые не должны иметь сбитых или скошенных бойков и заусенцев;

- сверл, отверток, зенкеров, которые должны быть правильно заточены и не иметь трещин, выбоин, заусенцев, а хвостовики этого инструмента быть ровными, без сколов, трещин и повреждений, плотно пригнаны и правильно отцентрированы;

1.3. Проверьте безопасность рабочего места: 

- достаточность освещения;

- исправность поверхности пола, который должен быть чистым, нескользким, ровным, но не загроможденным посторонними предметами;

- исправность площадок обслуживания;

Требования безопасности во время работы:

2.1. Во время работы следите:

- за содержанием закрепленного оборудования в исправности и чистоте;

- за наличием и исправностью средств коллективной защиты (ограждений, блокировок, сигнализации и т.п. );

- за достаточным освещением места выполнения работ; 

- за работой приточно-вытяжной вентиляции на закрепленном участке.

3.2. Применяйте только исправные инструменты, грузоподъемные средства, приспособления (страховочные, переносные и передвижные, для работ на высоте), средства индивидуальной защиты. 

3.3. При разборке (демонтаже) деталей машин и оборудования надежно закрепляйте их при помощи страховочных приспособлений, предотвращая падение.

3.4. Все снятые с машины детали и узлы укладывайте на заранее выбранные и подготовленные места, прочно и устойчиво, применяя подкладки. Под круглые детали подкладывайте упоры (клинья) для предотвращения травмирования ног.

1.2. При выполнении работ у верстака:

- подготовьте необходимый инструмент; 

- проверьте его исправность, уложите в удобном для работы порядке; 

- надежно закрепите обрабатываемую деталь в тисках или на верстаке; 

- рубку металла зубилом производите в сетчатых очках;

- при резке металла ручными и приводными ножовками, ножовочные полотна натягивайте и прочно закрепляйте;

- при работе ножовкой сначала подпилите место резки ребром трехгранного напильника;

- металлическую стружку сметайте только щеткой; запрещается сдувать стружку ртом, убирать руками;

- очищайте напильники от стружки специальной металлической щеткой; 

- не выбивайте стружку ударами напильника.

Требования безопасности по окончании работ:

3.1. Проверьте отсутствие инструментов на узлах ремонтируемого оборудования, соберите и уложите их в отведенное место.

3.2. Разлитое масло или топливо уберите с помощью песка или опилок, которые после использования ссыпьте в металлические ящики с крышками, предназначенные для этих целей и установленные вне помещения.

3.3. Использованные обтирочные материалы уберите в металлические ящики, удалите из производственных помещений в специально отведенные места.

3.4. Приведите в порядок рабочее место, произведите уборку участка, на котором выполнялась работа.

3.5. Сообщите руководителю работ обо всех обнаруженных неполадках, принятых мерах по их устранению.

3.6. Вымойте руки и лицо теплой водой с мылом.

Виды слесарных работ:

Разметка - операция нанесения на обрабатываемую деталь или заготовку разметочных рисок, определяющих контуры деталей или места, подлежащие обработке. Оборудование и инструмент для разметки:

а) Разметочная плита отливается из серого чугуна;

б) Чертилки служат для нанесения линий на размечаемую поверхность; Изготавливают чертилки из стали У10 или У12; для разметки на стальной, хорошо обработанной поверхности применяют чертилки из латуни, а на алюминий риски наносят карандашом;

в) Кернер применяется для нанесения углублений (кернов) на предварительно размеченных линиях. Керны наносят для того, чтобы линии не стирались в процессе обработки детали;

г) Разметочные циркули используют для разметки окружностей и дуг, деления отрезков, окружностей, геометрических построений и для переноса размеров с измерительных линеек на деталь;

д) Разметочные штангенциркули служат для точной разметки прямых линий, центров и окружностей больших диаметров;

е) Рейсмас - инструментом для пространственной разметки. Служит для нанесения параллельных вертикальных и горизонтальных линий и для проверки установки деталей на плите.

Перед выполнением разметки поверхность детали должна быть очищена от грязи, окалины, следов коррозии. Очистку выполняют металлическими щетками. После очистки поверхность детали окрашивают. Для окраски используют сухой мел или мел, разведенный в воде с добавлением столярного клея; раствор медного купороса (на один стакан воды - три чайные ложки), а также быстросохнущие лаки и краски.

Резка металла

Резкой металла (разрезанием) называют отделение частей (заготовок) от сортового или листового металла.

- Ручные ножницы применяют для разрезания стальных листов толщиной 0,5 - 1,0 мм и из цветных металлов толщиной до 1,5 мм.

- Ручная ножовка применяется для разрезания листового, полосового, круглого и профильного металла, а также для прорезания пазов, шлицев, отрезания заготовок по контуру и т. п.

Работа резания при использовании ручной ножовки выполняется ножовочным полотном. Ножовочное полотно представляет собой стальную пластину с двумя отверстиями под штифты и с зубьями на одном из ребер. Материал полотна - стали марок У10А; Р9; Х6ВФ, твердость - HRC 61-64. Полотна могут быть ручные и машинные.

Клепка

Клепкой называется процесс соединения двух или нескольких деталей при помощи заклепок. Этот вид соединения относится к группе неразъемных, так как разъединение склепанных деталей возможно только путем разрушения заклепок.

Процесс клепки состоит их следующих основных операций: 

- образование отверстия под заклепку в соединяемых деталях сверлением или пробивкой;

- зенкование гнезда под закладную головку заклепки (при потайной клепке);

- вставка заклепки в отверстие;

- образование замыкающей головки заклепки, т. е. собственно клепка.

Клепка разделяется на холодную, т. е. выполняемую без нагрева заклепок, и горячую, при которой перед постановкой на место стержень заклепки нагревают до 1000 - 1100 єС.

Практикой выработаны следующие рекомендации по применению холодной и горячей клепки в зависимости от диаметра заклепок.

2. Техника безопасности при сварочных работах

Электросварка - это процесс получения неразрывных соединений с использованием электрической энергии.

Газопламенная обработка связана с использованием горючих взрывоопасных газов. Это требует строгого соблюдения следующих правил техники безопасности:

2.1Запрещается производить работы в непосредственной близости от легковоспламеняющихся, горючих материалов, таких как бензин, керосин, стружка и др.

2.2 Сварку внутри резервуаров и в плохо вентилируемых помещениях и емкостях следует вести с применением систем принудительной вентиляции и с перерывами в работе. Снаружи должен находиться второй человек, который способен оказать помощь в случае необходимости.

2.3 При резке металлов больших толщин следует применять резаки с удлиненными трубками для уменьшения влияния высокой температуры на рабочего.

2.4Выполнение газопламенных работ и применение открытого огня допускается на расстоянии не менее 10м от перепускных рам и передвижных ацетиленовых генераторов и 5м от отдельно стоящих баллонов с горючими газами.

2.5 При сварке можно применять только редукторы с исправными манометрами.

2.6 Кислородные редукторы следует предохранять от попадания на них смазочных материалов.

2.7 При пуске газа в редуктор нельзя стоять перед редуктором.

2.8 Все соединения редуктора должны быть герметичны.

Запрещается использование переходников, тройников для одновременного питания нескольких горелок.

Дуговая сварка - процесс, при котором теплота, необходимая для нагрева и плавления металла, получается за счет дугового разряда, возникающего между свариваемым металлом и электродом. Под действием теплоты электрической дуги кромки свариваемых деталей и электродный металл расплавляются, образуя сварочную ванну, которая некоторое время находится в расплавленном состоянии. При затвердевании металла образуется сварное соединение. Энергия, необходимая для образования и поддержания дугового разряда, получается от источников питания дуги постоянного или переменного тока.

2.9 Надежная изоляция всех токоподводящих проводов от источника тока и сварочной дуги.

2.10 Надежное заземление корпусов источников питания сварочной дуги (рис. 1.1).

2.11 Применение автоматических систем прерывания подачи высокого напряжения при холостом ходе.

2.12 Надежная изоляция электрододержателя для предотвращения случай ного контакта с токоведущими частями электрододержателя с изделием.

2.13 При работе в замкнутых помещениях (сосудах) кроме спецодежды следует применять резиновые коврики (калоши) и источники дополни тельного освещения.

2.14 Не допускается контакт рабочего с клеммами и зажимами цепи высокого напряжения.

2.15 Каждый сварочный пост должен быть огорожен негорючими материалами по бокам, а вход - асбестовой или другой негорючей тканью во избежание случайных повреждений других рабочих.

2.16 Краска, применяемая для окрашивания стен и потолков постовых кабин, должна быть матовой, чтобы уменьшить эффект отражения светового луча от них.

Классификация дуговой сварки производится в зависимости от степени механизации процесса сварки, рода тока и полярности, типа дуги, свойств электрода, вида защиты зоны сварки от атмосферного воздуха и др.

По степени механизации дуговая сварка подразделяется:

- ручная дуговая сварка

- полуавтоматическая дуговая сварка

- автоматическая дуговая сварка

Отнесение процессов к тому или иному способу зависит от того, как выполняются зажигание и поддержание определенной длины дуги, манипуляция электродом для придания шву нужной формы, перемещение электрода по линии наложения шва и прекращения процесса сварки. 

При ручной дуговой сварке указанные операции, необходимые для образования шва, выполняются человеком вручную без применения механизмов.

При полуавтоматической дуговой сварке плавящимся электродом механизируются операции по подаче электродной проволоки в сварочную зону, а остальные операции процесса сварки осуществляются вручную.

При автоматической дуговой сварке под флюсом механизируются операции по возбуждению дуги, поддержанию определённой длины дуги, перемещению дуги по линии наложения шва. Автоматическая сварка плавящимся электродом ведётся сварочной проволокой диаметром 1-6 мм; при этом режим сварки (ток, напряжение, скорость перемещения дуги и др.) более стабилен, что обеспечивает однородность качества шва по его длине, в то же время требуется большая точность в подготовке и сборке деталей под сварку.

По роду тока различают:

- электрическая дуга, питаемые постоянным током прямой полярности (минус на электроде);

- электрическая дуга, питаемая постоянным током обратной (плюс на электроде) полярности;

- электрическая дуга питаемая переменным током.

В зависимости от способов сварки применяют ту или иную полярность. Дуговая сварка под флюсом и в среде защитных газов обычно производится на обратной полярности. 

По типу дуги различают:

- дугу прямого действия (зависимую дугу)

- дугу косвенного действия (независимую дугу)

В первом случае дуга горит между электродом и основным металлом, который также является частью сварочной цепи, и для сварки используется теплота, выделяемая в столбе дуги и на электродах; во втором - дуга горит между двумя электродами. Основной металл не является частью сварочной цепи и расплавляется преимущественно за счёт теплоотдачи от газов столба дуги. В этом случае питание дуги осуществляется обычно переменным током, но она имеет незначительное применение из-за малого коэффициента полезного действия дуги (отношение полезно используемой тепловой мощности дуги к полной тепловой мощности).

Электроды для дуговой сварки бывают:

- плавящиеся сварочные электроды

- неплавящиеся электроды (угольный, графитовый и вольфрамовый)

Дуговая сварка плавящимся электродом является самым распространённым способом сварки; при этом дуга горит между основным металлом и металлическим стержнем, подаваемым в зону сварки по мере плавления. Этот вид сварки можно производить одним или несколькими электродами. Если два электрода подсоединены к одному полюсу источника питания дуги, то такой метод называют двухэлектродной сваркой, а если больше - многоэлектродной сваркой пучком электродов. Если каждый из электродов получает независимое питание - сварку называют двухдуговой (многодуговой) сваркой. При дуговой сварке плавлением КПД дуги достигает 0,7-0,9. 

Электродные покрытия применяются для создания защитной атмосферы во время плавления, введения легирующих добавок в сварной шов и т.п.

Стабилизирующие электродные покрытия представляют собой материалы, содержащие элементы, легко ионизирующие сварочную дугу. Наносятся тонким слоем на стержни электродов (тонко-покрытые электроды), предназначенных для ручной дуговой сварки. 

Защитные электродные покрытия представляют собой механическую смесь различных материалов, предназначенных ограждать расплавленный металл от воздействия воздуха, стабилизировать горение дуги, легировать и рафинировать металл шва.

Наибольшее применение имеют средне - и толстопокрытые электроды, предназначенные для ручной дуговой сварки и наплавки, изготовляемые в специальных цехах или на заводах. 

Применяются также магнитные электродные покрытия, которые наносятся на проволоку в процессе сварки за счёт электромагнитных сил, возникающих между находящейся под током электродной проволокой и ферромагнитным порошком, находящемся в бункере, через который проходит электродная проволока при полуавтоматической или автоматической сварке. Иногда это ещё сопровождается дополнительной подачей защитного газа.

3. Техника безопасности при пайке

Пайка - процесс, применяемый для получения неразъемного соединения металлических деталей из различных материалов путем введения между этими деталями расплавленного материала (припоя), имеющего более низкую температуру плавления.

3.1 Проверить целостность шнура, штепсельной вилки и розетки.

3.2 Проверить целостность самого паяльника, на наличие повреждений изоляции.

3.3 Если при включении паяльника слышен треск - немедленно выключайте его.

3.4 Не работать в помещениях с повышенной влажностью.

3.5 Не работать влажными руками.

3.6 При выключении не тянуть за провод.

3.7 Держать паяльник только за ручку, избегая прикосновений к металлическим частям (очень высокая температура)

3.8 Работать только в проветриваемом помещении.

3.9 При пайке не наклоняться над паяльником ближе чем на 20 см . во избежание попадания брызг олова и горячих паров в глаза.

3.10 Не работать вблизи горючих и легковоспламеняющихся предметов и на столах из горючих материалов без негорючей подставки.

11)В перерывах между работой ставить паяльник только на подставку.

12) Ни в коем случае не ронять даже выключенный паяльник.

13) После окончания работы не прикасаться к жалу и корпусу паяльника до его полного остывания (15-30 минут).

При пайке происходит в месте спайки взаимное растворение и диффузия припоя и нагретого основного металла. Это явление возможно лишь при смачивании припоем основного металла, что происходит только при правильном подборе припоев для пайки определенных металлов. Кроме того, для осуществления взаимной диффузии припоя и основного металла места спайки должны быть хорошо очищены механическими и химическими способами.

Для связи образующихся при пайке окислов, т. е. для химической очистки и для способствования смачиванию припоем спаиваемых поверхностей, применяют флюсы. Состав флюсов зависит от видов припоя и металлов, подвергаемых пайке.

4. Интерфейсы ПО

4.1 Подразделения интерфейса на типы

По способу передачи информации интерфейсы подразделяются на параллельные и последовательные. В параллельном интерфейсе все биты передаваемого слова (обычно байта) выставляются и передаются по соответствующим параллельно идущим проводам одновременно. В PC традиционно используется параллельный интерфейс Centronics, реализуемый LPT-портами. В последовательном же интерфейсе биты передаются друг за другом, обычно по одной линии. СОМ порты PC обеспечивают последовательный интерфейс в соответствии со стандартом RS-232C. При рассмотрении интерфейсов важным параметром является пропускная способность.

При рассмотрении интерфейсов важным параметром является пропускная способность. Технический прогресс приводит к неуклонному росту объемов передаваемой информации. Если раньше матричные принтеры, печатающие в символьном режиме, могли обходиться и COM-портом с невысокой пропускной способностью, то современным лазерным принтерам при высоком разрешении порой не хватает и производительности самых быстрых LPT-портов. То же самое касается и сканеров. А передача «живого» видеоизображения, даже с применением компрессии, требует немыслимой ранее пропускной способности.

Вполне очевидно, что при одинаковом быстродействии приемопередающих цепей и пропускной способности соединительных линий по скорости параллельный интерфейс должен превосходить последовательный. Однако повышение производительности за счет увеличения тактовой частоты передачи данных упирается в волновые свойства соединительных кабелей. В случае параллельного интерфейса начинают сказываться задержки сигналов при их прохождении по линиям кабеля, и что самое неприятное, задержки в разных линиях интерфейса могут быть различными вследствие неидентичности проводов и контактов разъемов. Для надежной передачи данных, временные диаграммы обмена строятся с учетом возможного разброса времени прохождения сигналов, что является одним из факторов, сдерживающих рост пропускной способности параллельных интерфейсов. В последовательных интерфейсах, конечно же, есть свои проблемы повышения производительности, но, поскольку в них используется меньшее число линий (чаще всего - одна), то повышение пропускной способности линий связи обходится дешевле.

С появлением шин USB и FireWire в качестве характеристики интерфейса стала фигурировать и топология соединения. Для интерфейсов RS-232C и Centonics практически всегда применялась двухпоточная топология PC - устройство. Исключениями из этого правила являются различные устройства безопасности и защиты данных, которые подключаются к COM- или LPT-портам, но имеют разъем для подключения внешнего устройства. Но поскольку эти устройства для традиционной периферии прозрачны, то можно считать, что они не нарушают общего правила. Аналогично обстоит дело и с адаптерами локальных сетей и внешних дисковых накопителей (например Iomega ZIP), которые подключаются к параллельным LPT-портам. Хотя разрабатываемые стандарты для параллельного порта и предусматривают соединение устройств в цепочку или через мультиплексоры, широкого распространения такие способы подключения не получили. К другому классу исключений относится построение моноканала на COM-портах, которое несколько лет назад применялось в «любительских» локальных сетях, но было вытеснено существенно более эффективной и подешевевшей технологией Ethernet. Интерфейсные шины USB и FireWire реализуют древовидную топологию, в которой внешние устройства могут быть как оконченными, так и промежуточными (разветвителями). Эта топология позволяет подключать множество устройств к одному USB- или FireWire- порту.

4.2 СОМ-порт

Последовательный интерфейс СОМ-порт (Communication Port - коммуникационный порт) появился в первых моделях IBM PC. Он был реализован на микросхеме асинхронного приемопередатчика Intel 8250. Порт имел поддержку BIOS, однако широко применялось (и применяется) взаимодействие с портом на уровне регистров. Поэтому во всех PC совместимых компьютерах для последовательного интерфейса применяют микросхемы приемопередатчиков, совместимые с i8250. В ряде отечественных почти PC-совместимых компьютеров для последовательного интерфейса применялась микросхема КР580ВВ51 - аналог i8251. Однако эта микросхема является универсальным синхронно-асинхронным приемопередатчиком (УСАПП или USART - Universal Asynchronous Receiver-Transmitter). Совместимости с PC на уровне регистров СОМ-порта такие компьютеры не имеют. Хорошо, если у соответствующих компьютеров имеется "честный" драйвер BIOS Int 14h, а не заглушка, возвращающая состояние модема "всегда готов" и ничего не делающая. Совместимость на уровне регистров СОМ-порта считается необходимой. Многие разработчики коммуникационных пакетов предлагают работу и через BIOS Int 14h, однако на высоких скоростях это неэффективно. Говоря о СОМ-порте PC, по умолчанию будем подразумевать совместимость регистровой модели с i8250 и реализацию асинхронного интерфейса RS-232C.

Интерфейс RS-232, совсем официально называемый "EIA/TIA-232-E", но более известный как интерфейс "COM-порта", ранее был одним из самых распространенных интерфейсов в компьютерной технике. Он до сих пор встречается в настольных компьютерах, несмотря на появление более скоростных и "интеллектуальных" интерфейсов, таких как USB и FireWare. К его достоинствам с точки зрения радиолюбителей можно отнести невысокую минимальную скорость и простоту реализации протокола в самодельном устройстве.

Ниже на рисунках 1.1 и 1.2, показаны 9- и 25-контактный COM-порты.

Рисунок 1.1 - 9-контактная вилка типа DB-9M. Нумерация контактов со стороны штырьков.

Рисунок 1.2 - 25-контактная вилка типа DB-25M. Нумерация контактов со стороны штырьков.

4.3 Использование СОМ-портов

СОМ-порты чаще всего применяют для подключения манипуляторов (мышь, трекбол). В этом случае порт используется в режиме последовательного ввода; питание производится от интерфейса. Мышь с последовательным интерфейсом - Serial Mouse - может подключаться к любому исправному порту. Для согласования разъемов порта и мыши возможно применение переходника DB-9S-DB-25P или DB-25S-DB-9P. Для мыши требуется прерывание, для порта СОМ1 - IRQ4, для COM2 - IRQ3. Жесткая привязка номера IRQ к номеру порта обусловлена свойствами драйверов. Каждое событие - перемещение мыши или нажатие-отпускание кнопки - кодируется двоичной посылкой по интерфейсу RS-232C. Применяется асинхронная передача; двуполярное питание обеспечивается от управляющих линий интерфейса (табл. 1.1).

Таблица 1.1 - разъемы Serial Mouse

Сигнал	Контакты
	DB-9	DB-25
Data	2	3
GND	5	7
+V (питание)	4, 7	4, 20
-V (питание)	3	9

Две разновидности Serial Mouse - MS-Mouse и PC-Mouse (Mouse Systems Mouse) - требуют соответствующих драйверов, многие мыши имеют переключатель MS/PC. Мышь с "чужим" драйвером либо не отзывается, либо "скачет" загадочным образом. Эти разновидности используют различные форматы посылок: при одинаковой скорости 1200 бит/с, одном стоп-бите и отсутствии контроля четности Microsoft Mouse использует 7 бит данных, a PC-Mouse - 8 бит. Мышь посылает пакет при каждом изменении состояния - перемещении, нажатии или отпускании кнопки. Пакет, передаваемый MS-Mouse, состоит из трех байт (табл. 2.4). PC-Mouse передает 5 байт (табл. 2.5). Здесь LB (Left Buttom), MB (Middle Buttom) и RB (Right Buttom) означают состояние левой, средней и правой кнопок, Х[7:0] и Y[7:0] - биты относительного перемещения мыши с момента предыдущей посылки по координатам Х и Y. Положительным значениям соответствует перемещение по координате Х вправо, а по координате Y вниз для MS-Mouse и вверх для PC-Mouse. Отсюда становятся понятными беспорядочные перемещения курсора на экране при несоответствии драйвера типу мыши.

Таблица 1.2 - Формат пакета MS-Mouse

Биты	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
1-й байт	1	LB	RB	Y7	Y6	Х7	Х6
2-й байт	0	Х5	Х4	Х3	Х2	Х1	X0
3-й байт	0	Y5	Y4	Y3	Y2	Y1	Y0

ТТаблица 1.3 - Формат пакета PC-Mouse

Биты	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
1-й байт	1	0	0	0	0	LB	MB	RB
2-й байт	Х7	Х6	Х5	Х4	ХЗ	Х2	Х1	Х0
3-й байт	Y7	Y6	Y5	Y4	Y3	Y2	Y1	Y0
4-й байт	Совпадает со 2-м байтом
5-й байт	Совпадает с 3-м байтом

пДля подключения внешних модемов используется полный (9-проводный) кабель АПД-АКД, схема которого приведена на рис. 2.7. Этот же кабель используется для согласования разъемов (по количеству контактов); возможно применение переходников 9-25, предназначенных для мышей. Для работы коммуникационного ПО обычно требуется использование прерываний, но здесь есть свобода выбора номера (адреса) порта и линии прерывания. Если предполагается работа на скоростях 9600 бит/с и выше, то СОМ-порт должен быть реализован на микросхеме UART 16550A или совместимой. Возможности работы с использованием FIFO-буферов и обмена по каналам DMA зависят от коммуникационного ПО.

Для связи двух компьютеров, удаленных друг от друга на небольшое расстояние, используют и непосредственное соединение их СОМ-портов нуль-модемным кабелем (рис. 2.8). Использование программ типа Norton Commander или Interlink MS-DOS позволяет обмениваться файлами со скоростью до 115,2 Кбит/с без применения аппаратных прерываний. Это же соединение может использоваться и сетевым пакетом Lantastic, предоставляющим более развитый сервис.

Подключение принтеров и плоттеров к СОМ-порту требует применения кабеля, соответствующего выбранному протоколу управления потоком: программному XON/XOFF или аппаратному RTS/CTS. Схемы кабелей приведены на рис. 2.10 и 2.12. Аппаратный протокол предпочтительнее. Прерывания при выводе средствами DOS (командами COPY или PRINT) не используются.

СОМ-порт используется для подключения электронных ключей (Security Devices), предназначенных для защиты от нелицензированного использования ПО. Эти устройства могут быть как "прозрачными", позволяя воспользоваться тем же портом для подключения периферии, так и полностью занимающими порт.

СОМ-порт при наличии соответствующей программной поддержки позволяет превратить PC в терминал, эмулируя систему команд распространенных специализированных терминалов (VT-52, VT-100 и т. д.). Простейший терминал получается, если замкнуть друг на друга функции BIOS обслуживания СОМ-порта (INT 14h), телетайпного вывода (/Л/Т 10h) и клавиатурного ввода (INT 16h). Однако такой терминал будет работать лишь на малых скоростях обмена (если, конечно, его делать не на Pentium), поскольку функции BIOS хоть и универсальны, но не слишком быстры.

Интерфейс RS-232C широко распространен в различных ПУ и терминалах. СОМ-порт может использоваться и как двунаправленный интерфейс, у которого имеется 3 программно-управляемые выходные линии и 4 программно-читаемые входные линии с двуполярными сигналами. Их использование определяется разработчиком. Существует, например, схема однобитного широтно-импульсного преобразователя, позволяющего записывать звуковой сигнал на диск PC, используя входную линию СОМ-порта. Воспроизведение этой записи через обычный динамик PC позволяет передать речь. В настоящее время, когда звуковая карта стала почти обязательным устройством PC, это не впечатляет, но когдато такое решение было интересным.

СОМ-порт используют для беспроводных коммуникаций с применением излучателей и приемников инфракрасного диапазона - IR (Infra Red) Connection. Этот интерфейс позволяет осуществлять связь между парой устройств, удаленных на расстояние, достигающее нескольких метров. Различают инфракрасные системы низкой (до 115,2 Кбит/с), средней (1,152 Мбит/с) и высокой (4 Мбит/с) скорости. Низкоскоростные системы служат для обмена короткими сообщениями, высокоскоростные - для обмена файлами между компьютерами, подключения к компьютерной сети, вывода на принтер, проекционный аппарат и т. п. Ожидаются более высокие скорости обмена, которые позволят передавать "живое видео". В 1993 году создана ассоциация разработчиков систем инфракрасной передачи данных IrDA (Infrared Data Association), призванная обеспечить совместимость оборудования от различных производителей. В настоящее время действует стандарт IrDA 1.1. Имеются собственные системы фирм Hewlett Packard - HP-SIR (Hewlett Packard Slow Infra Red) - и Sharp - ASK (Amplitude Shifted Keyed IR). Основные характеристики интерфейсов следующие:

· IrDA SIR (Slow Infra Red), HP-SIR - 9,6-115,2 Кбит/с;

· IrDA MIR (Middle Infra Red) - 1,2 Мбит/с;

· IrDA FIR (Fast Infra Red) - 4 Мбит/с;

· + Sharp ASK - 9,6-57,6 Кбит/с.

На скоростях до 115 200 бит/с для инфракрасной связи используются UART, совместимые с 16450/16550. В современных системных платах на использование инфракрасной связи может конфигурироваться порт COM2. В этом случае на переднюю панель компьютера устанавливается внешний приемопередатчик - "инфракрасный глаз", который подключается к разъему IR-Connector системной платы.

На средних и высоких скоростях обмена применяются специализированные микросхемы, ориентированные на интенсивный программно-управляемый обмен или DMA с возможностью прямого управления шиной.

Инфракрасные излучатели не создают помех в радиочастотном диапазоне и обеспечивают конфиденциальность передачи. ИК-лучи не проходят через стены, поэтому зона приема ограничивается небольшим легко контролируемым пространством. Инфракрасная технология привлекательна для связи портативных компьютеров со стационарными компьютерами или док-станциями. Инфракрасный интерфейс имеют некоторые модели принтеров.

Функциональное тестирование COM-портов

Рисунок 1.3 - Заглушка для проверки COM-портов

В первом приближении СОМ-порт можно проверить диагностической программой (Checkit) без использования заглушек. Этот режим тестирования проверяет микросхему UART (внутренний диагностический режим) и вырабатывание прерываний, но не входные и выходные буферные микросхемы, которые являются более частыми источниками неприятностей. Если тест не проходит, причину следует искать или в конфликте адресов/прерываний, или в самой микросхеме UART. Для более достоверного тестирования рекомендуется использовать внешнюю заглушку, подключаемую к разъему СОМ порта (рис. 1.3). В отличие от LPT-порта у СОМ-порта количество входных сигналов превышает количество выходных, что позволяет выполнить полную проверку всех цепей. Заглушка соединяет выход приемника со входом передатчика.

Обязательная для всех схем заглушек перемычка RTSCTS позволяет работать передатчику - без нее символы не смогут передаваться. Выходной сигнал DTR обычно используют для проверки входных линий DSR, DCD и RI.

Если тест с внешней заглушкой не проходит, причину следует искать во внешних буферах, их питании или в шлейфах подключения внешних разъемов. Здесь может помочь осциллограф или вольтметр. Последовательность проверки может быть следующей:

1. Проверить наличие двуполярного питания выходных схем передатчиков (этот шаг логически первый, но поскольку он технически самый сложный, его можно отложить на крайний случай, когда появится желание заменить буферные микросхемы).

2. Проверить напряжение на выходах TD, RTS и DTR: после аппаратного сброса на выходе TD должен быть отрицательный потенциал около -12 В (по крайней мере ниже -5 В), а на выходах RTS и DTR - такой же положительный. Если этих потенциалов нет, возможна ошибка подключения разъема к плате через шлейф. Распространенные варианты:

· шлейф не подключен;

· шлейф подключен неправильно (разъем перевернут или вставлен со смещением);

· раскладка шлейфа не соответствует разъему платы.

Первые два варианта проверяются при внимательном осмотре, третий же может потребовать некоторых усилий. В табл. 2.1 приведены три варианта раскладки 10-проводного шлейфа разъема СОМ-порта, известных автору; для СОМ-портов на системных платах возможно существование и других. Теоретически шлейф должен поставляться в соответствии с разъемом платы, на которой расположен порт.

Если дело в ошибочной раскладке, то эти три выходных сигнала удастся обнаружить на других контактах разъемов (на входных контактах потенциал совсем небольшой). Если эти сигналы обнаружить не удалось, очевидно, вышли из строя буферные формирователи.

4.4 Ресурсы и конфигурирование СОМ-портов

Компьютер может иметь до четырех последовательных портов СОМ 1-COM4 (для машин класса AT типично наличие двух портов). СОМ-порты имеют внешние разъемы-вилки DB25P или DB9P, выведенные на заднюю панель компьютера (назначение выводов приведено в табл. 2.1).

СОМ-порты реализуются на микросхемах UART, совместимых с семейством i8250. Они занимают в пространстве ввода/вывода по 8 смежных 8-битных регистров и могут располагаться по стандартным базовым адресам. Порты вырабатывают аппаратные прерывания. Возможность разделяемого использования одной линии запроса несколькими портами (или ее разделения с другими устройствами) зависит от реализации аппаратного подключения и ПО. При использовании портов, установленных на шину ISA, разделяемые прерывания обычно не работают.

Управление последовательным портом разделяется на два этапа -- предварительное конфигурирование (Setup) аппаратных средств порта и текущее (оперативное) переключение режимов работы прикладным или системным ПО. Конфигурирование СОМ-порта зависит от его исполнения. Порт на плате расширения конфигурируется джамперами на самой плате. Порт на системной плате конфигурируется через BIOS Setup.

Конфигурированию подлежат следующие параметры:

· Базовый адрес, который может иметь значения 3F8h, 2F8h, 3E8h (3E0h, 338h) или 2E8h (2E0h, 238h). При инициализации BIOS проверяет наличие портов по адресам именно в этом порядке и присваивает обнаруженным портам логические имена СОМ1, COM2, COM3 и COM4. Для PS/2 стандартными для портов СОМЗ-СОМ8 являются адреса 3220h, 3228h, 4220h, 4228h, 5220h и 5228h соответственно.

· Используемая линия запроса прерывания: для СОМ1 и COM3 обычно используется IRQ4 или IRQ11, для COM2 и COM4 -- IRQ3 или IRQ10. В принципе номер прерывания можно назначать в произвольных сочетаниях с базовым адресом (номером порта), но некоторые программы и драйверы (например, драйверы последовательной мыши) настроены на стандартные сочетания. Каждому порту, нуждающемуся в аппаратном прерывании, назначают отдельную линию, не совпадающую с линиями запроса прерываний других устройств. Прерывания необходимы для портов, к которым подключаются устройства ввода, UPS или модемы. При подключении принтера или плоттера прерываниями пользуются только многозадачные ОС (не всегда), и этот дефицитный ресурс PC можно сэкономить. Также прерываниями обычно не пользуются при связи двух компьютеров нуль-модемным кабелем.

Канал DMA (для UART 16450/16550, расположенных на системной плате) -- разрешение использования и номер канала DMA. Режим DMA при работе с СОМ-портами используют редко.

Режим работы порта по умолчанию (2400 бит/с, 7 бит данных, 1 стоп-бит и контроль четности), заданный при инициализации порта во время BIOS POST, может изменяться в любой момент при настройке коммуникационных программ или командой DOS MODE СОМx: с указанием параметров.

4.5 Шина USB

Общая характеристика

USB (Universal Serial Bus -- универсальная последовательная шина) является промышленным стандартом расширения архитектуры PC, ориентированным на интеграцию с телефонией и устройствами бытовой электроники. Версия 1.0 была опубликована в январе 1996 года. Архитектура USB определяется следующими критериями:

· Легко реализуемое расширение периферии PC.

· Дешевое решение, поддерживающее скорость передачи до 12 Mбит/с.

· Полная поддержка в реальном времени передачи аудио и (сжатых) видеоданных.

· Гибкость протокола смешанной передачи изохронных данных и асинхронных сообщений.

· Интеграция с выпускаемыми устройствами.

· Доступность в PC всех конфигураций и размеров.

· Обеспечение стандартного интерфейса, способного быстро завоевать рынок.

· Создание новых классов устройств, расширяющих PC.

· С точки зрения конечного пользователя, привлекательны следующие черты USB:

· Простота кабельной системы и подключений.

· Скрытие подробностей электрического подключения от конечного пользователя.

· Самоидентифицирующиеся ПУ, автоматическая связь устройств с драйверами и конфигурирование.

· Возможность динамического подключения и конфигурирования ПУ.

· С середины 1996 года выпускаются PC со встроенным контроллером USB, реализуемым чипсетом. Уже появились модемы, клавиатуры, сканеры, динамики и другие устройства ввода/вывода с поддержкой USB, а также мониторов с USB-адаптерами - они играют роль концентраторов для подключения других устройств.

Структура USB

USB обеспечивает одновременный обмен данными между хост-компьютером и множеством периферийных устройств (ПУ). Распределение пропускной способности шины между ПУ планируется хостом и реализуется им с помощью посылки маркеров. Шина позволяет подключать, конфигурировать, использовать и отключать устройства во время работы хоста и самих устройств.

В архитектуре современных компьютеров все большее значение приобретают внешние шины, служащие для подключения различных устройств. Сегодня это могут быть, например, внешние жесткие диски, CD-, DVD-устройства, сканеры, принтеры, цифровые камеры и прочее.

Широко используемый последовательный интерфейс синхронной и асинхронной передачи данных.

Ниже приводится авторский вариант перевода терминов из спецификации "Universal Serial Bus Specification", опубликованной Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC и Northern Telecom. Более подробную и оперативную информацию можно найти по адресу:

Устройства (Device) USB могут являться хабами, функциями или их комбинацией. Хаб (Hub) обеспечивает дополнительные точки подключения устройств к шине. Функции (Function) USB предоставляют системе дополнительные возможности, например подключение к ISDN, цифровой джойстик, акустические колонки с цифровым интерфейсом и т. п. Устройство USB должно иметь интерфейс USB, обеспечивающий полную поддержку протокола USB, выполнение стандартных операций (конфигурирование и сброс) и предоставление информации, описывающей устройство. Многие устройства, подключаемые к USB, имеют в своем составе и хаб, и функции. Работой всей системы USB управляет хост-контроллер (Host Controller), являющийся программно-аппаратной подсистемой хост-компьютера.

Физическое соединение устройств осуществляется по топологии многоярусной звезды. Центром каждой звезды является хаб, каждый кабельный сегмент соединяет две точки - хаб с другим хабом или с функцией. В системе имеется один (и только один) хост-контроллер, расположенный в вершине пирамиды устройств и хабов. Хост-контроллер интегрируется с корневым хабом (Root Hub), обеспечивающим одну или несколько точек подключения - портов. Контроллер USB, входящий в состав чипсетов, обычно имеет встроенный двухпортовый хаб. Логически устройство, подключенное к любому хабу USB и сконфигурированное (см. ниже), может рассматриваться как непосредственно подключенное к хост-контроллеру.

Функции представляют собой устройства, способные передавать или принимать данные или управляющую информацию по шине. Типично функции представляют собой отдельные ПУ с кабелем, подключаемым к порту хаба. Физически в одном корпусе может быть несколько функций со встроенным хабом, обеспечивающим их подключение к одному порту. Эти комбинированные устройства для хоста являются хабами с постоянно подключенными устройствами-функциями.

Каждая функция предоставляет конфигурационную информацию, описывающую возможности ПУ и требования к ресурсам. Перед использованием функция должна быть сконфигурирована хостом - ей должна быть выделена полоса в канале и выбраны опции конфигурации.

Примерами функций являются:

· Указатели - мышь, планшет, световое перо.

· Устройства ввода - клавиатура или сканер.

· Устройство вывода - принтер, звуковые колонки (цифровые).

· Телефонный адаптер ISDN.

Хаб - ключевой элемент системы PnP в архитектуре USB. Хаб является кабельным концентратором. Точки подключения называются портами хаба. Каждый хаб преобразует одну точку подключения в их множество. Архитектура допускает соединение нескольких хабов.

У каждого хаба имеется один восходящий порт (Upstream Port), предназначенный для подключения к хосту или хабу верхнего уровня. Остальные порты являются нисходящими (Downstream Ports), предназначенными для подключения функций или хабов нижнего уровня. Хаб может распознать подключение устройств к портам или отключение от них и управлять подачей питания на их сегменты. Каждый из портов может быть разрешен или запрещен и сконфигурирован на полную или ограниченную скорость обмена. Хаб обеспечивает изоляцию сегментов с низкой скоростью от высокоскоростных.

Хабы могут управлять подачей питания на нисходящие порты; предусматривается установка ограничения на ток, потребляемый каждым портом.

4.6 Физический интерфейс

Стандарт USB определяет электрические и механические спецификации шины. Информационные сигналы и питающее напряжение 5В передаются по четырехпроводному кабелю. Используется дифференциальный способ передачи сигналов D+ и D- по двум проводам. Уровни сигналов передатчиков в статическом режиме должны быть ниже 0,3 В (низкий уровень) или выше 2,8 В (высокий уровень). Приемники выдерживают входное напряжение в пределах - 0,5...+3,8 В. Передатчики должны уметь переходить в высокоимпедансное состояние для двунаправленной полудуплексной передачи по одной паре проводов.

Передача по двум проводам в USB не ограничивается дифференциальными сигналами. Кроме дифференциального приемника каждое устройство имеет линейные приемники сигналов D+ и D-, а передатчики этих линий управляются индивидуально. Это позволяет различать более двух состояний линии, используемых для организации аппаратного интерфейса. Состояния Diff0 и Diff1 определяются по разности потенциалов на линиях D+ и D- более 200 мВ при условии, что на одной из них потенциал выше порога срабатывания VSE. Состояние, при котором на обоих входах D+ и D- присутствует низкий уровень, называется линейным нулем (SEO - Single-Ended Zero). Интерфейс определяет следующие состояния:

· Data J State и Data К State - состояния передаваемого бита (или просто J и К), определяются через состояния Diff0 и Diff1.

· Idle State - пауза на шине.

· Resume State - сигнал "пробуждения" для вывода устройства из "спящего" режима.

· Start of Packet (SOP) - начало пакета (переход из Idle State в К).

· End of Packet (EOP) - конец пакета.

· Disconnect - устройство отключено от порта.

· Connect - устройство подключено к порту.

· Reset - сброс устройства.

Состояния определяются сочетаниями дифференциальных и линейных сигналов; для полной и низкой скоростей состояния Diff0 и Diff1 имеют противоположное назначение.

В декодировании состояний Disconnect, Connect и Reset учитывается время нахождения линий (более 2,5 мс) в определенных состояниях.

Шина имеет два режима передачи. Полная скорость передачи сигналов USB составляет 12 Мбит/с, низкая - 1,5 Мбит/с. Для полной скорости используется экранированная витая пара с импедансом 90 Ом и длиной сегмента до 5 м, для низкой - невитой неэкранированный кабель до 3 м. Низкоскоростные кабели и устройства дешевле высокоскоростных. Одна и та же система может одновременно использовать оба режима; переключение для устройств осуществляется прозрачно.

Низкая скорость предназначена для работы с небольшим количеством ПУ, не требующих высокой скорости. Скорость, используемая устройством, подключенным к конкретному порту, определяется хабом по уровням сигналов на линиях D+ и D-, смещаемых нагрузочными резисторами R2 приемопередатчиков (см. рис. 2.2 и 2.3).



Рисунок 2.2 - Подключение полноскоростного устройства

Рисунок 2.3 - Подключение низкоростного устройства

Рисунок 2.4 - Кодирование данных по методу NRZI

Сигналы синхронизации кодируются вместе с данными по методу NRZI (Non Return to Zero Invert), его работу иллюстрирует рис. 2.4. Каждому пакету предшествует поле синхронизации SYNC, позволяющее приемнику настроиться на частоту передатчика. Кабель также имеет линии VBus и GND для передачи питающего напряжения 5 В к устройствам. Сечение проводников выбирается в соответствии с длиной сегмента для обеспечения гарантированного уровня сигнала и питающего напряжения. Стандарт определяет два типа разъемов (см. табл. 2.1 и рис. 2.5).

Таблица 2.1 - Назначение выводов разъема USB

Контакт	Цепь	Контакт	Цепь
1	VBus	3	D+
2	D-	4	GND

Разъемы типа "А" применяются для подключения к хабам (Upstream Connector). Вилки устанавливаются на кабелях, не отсоединяемых от устройств (например, клавиатура, мышь и т. п.). Гнезда устанавливаются на нисходящих портах (Downstream Port) хабов. Разъемы типа "В" (Downstream Connector) устанавливаются на устройствах, от которых соединительный кабель может отсоединяться (принтеры и сканеры). Ответная часть (вилка) устанавливается на соединительном кабеле, противоположный конец которого имеет вилку типа "А".

Разъемы типов "А" и "В" различаются механически, что исключает недопустимые петлевые соединения портов хабов. Четырехконтактные разъемы имеют ключи, исключающие неправильное присоединение. Конструкция разъемов обеспечивает позднее соединение и раннее отсоединение сигнальных цепей по сравнению с питающими. Для распознавания разъема USB на корпусе устройства ставится стандартное символическое обозначение.

Рисунок 2.5 - Гнезда USB: а - типа "А", б - типа "В", в - символическое обозначение

Питание устройств USB возможно от кабеля (Bus-Powered Devices) или от собственного блока питания (Self-Powered Devices). Хост обеспечивает питанием непосредственно подключенные к нему ПУ. Каждый хаб, в свою очередь, обеспечивает питание устройств, подключенных к его нисходящим портам. При некоторых ограничениях топологии допускается применение хабов, питающихся от шины. На рис. 2.6 приведен пример схемы соединения устройств USB. Здесь клавиатура, перо и мышь могут питаться от шины.

Заключение

Я думаю, что опыт, полученный мной на данной практике, несомненно, пригодиться мне в дальнейшем, при построении своей профессиональной деятельности.

В заключение своего отчета хочу сказать, что при прохождении учебно-ознакомительной практики особых трудностей не возникало.

Данная учебно-ознакомительная практика, несомненно, поможет мне в дальнейшей работе. После прохождения практики я стал разбираться в таких процессах, как сварка, пайка, и слесарные работы.

Литература

Михаил Гук Интерфейсы ПК: - справочник - СПб: ЗАО «Издательство «Питер», 1999 - 416 с.:ил.

Тули М. Справочное пособие по цифровой электронике: Перевод с английского -- М.: Энергоатомиздат, 1990.

Рудометов Е., Рудометов В., Устройство мультимедийного компьютера. - СПб.: Питер, 2001 - 512 с.: ил.

С.В. Глушаков, А.С. Сурядный, Т.С Хачиров. Персональный компьютер. 6-изд. 2010 год

Е.Н. Гузенко, А.С. Сурядный. Персональный компьютер. Лучший самоучитель. 7-изд. доп. перераб. 2011 год.

В.В. Захаров. Новейший самоучитель работы на персональном компьютере. 2008 год

Пей Ан. Сопряжение ПК с внешними устройствами.

Размещено на Allbest.ru

...