125548 (Сучасні інтерфейси інформаційно-вимірювальних систем електро-механічних об’єктів)

СУЧАСНІ ІНТЕРФЕЙСИ ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНИХ

СИСТЕМ ЕЛЕКТРО-МЕХАНІЧНИХ ОБ’ЄКТІВ

План

1. Призначення та характеристики інтерфейсів в ІВС

2. Інтерфейс RS-232C

3. Інтерфейси RS-485 і RS422

4. Інтерфейс USB

1. Призначення та характеристики інтерфейсів в ІВС

Для функціонування будь-якої ІВС необхідно забезпечити взаємодію між усіма її функціональними блоками ї зовнішніми системами або пристроями. Для цього, в більшості випадків, використовують стандартні інтерфейси. Під інтерфейсом ІВС мається на увазі сукупність правил (протоколів) і програмного забезпечення процесу обміну інформацією між функціональними блоками, а також відповідних технічних засобів спряження функціональних блоків у системі [1].

Використання стандартних інтерфейсів дозволяє значно зменшити трудомісткість проектування, експлуатаційні витрати, забезпечити уніфікацію функціональних блоків. До складу сучасної ІВС, як правило, входять аналогові, цифрові, та аналого-цифрові функціональні блоки. Внаслідок того, що в сучасних ІВС переважна більшість інформації представлена у цифровому вигляді, в подальшому розглянемо тільки найбільш поширені сучасні цифрові інтерфейси, тим більше що інформації про них у вітчизняній технічній літературі недостатньо.

Згідно [1], цифрові інтерфейси за характером управління поділяються на централізовані та децентралізовані, за системою шин інформаційних та службових сигналів - на об’єднані та роз’єднані, за організацією системи шин - на радіальні та колективні, за порядком обміну інформацією - на послідовні та паралельні, за методом обміну інформації - на синхронні та асинхронні. Майже всі сучасні цифрові інтерфейси є програмованими інтерфейсами, тобто існує можливість програмним шляхом змінювати їх режими роботи та деякі параметри.

До основних параметрів інтерфейсів відносяться швидкість обміну даними, довжина лінії зв’язку, формат та розрядність даних, направленість, максимально допустима кількість об’єктів, що обслуговуються, завадостійкість, імовірність помилки передачі даних, тип каналу передачі даних, життєздатність, енергоспоживання та інші.

Інтерфейси стандартизуються та рекомендуються до використання Міжнародною електротехнічною комісією та іншими профільними організаціями. Повний опис інтерфейсу наводиться у відповідній специфікації.

2. Інтерфейс RS-232C

Інтерфейс RS-232С, специфікація якого була прийнята у 1969 році, є модифікацією інтерфейсу RS-232, специфікація якого була прийнята у 1962 р. (Існують також модифікації EIA-232-D (1986 р) та EIA/TIA-232-E (1991 р)).

Розроблявся як інтерфейс для підключення периферійних засобів до персональних комп’ютерів а також для з’єднання комп’ютерів між собою, в теперішній час широко використовується у різних галузях техніки.

Інтерфейс RS-232С послідовний двонаправлений [2, 3], може працювати як в синхронному так і в асинхронному режимі, швидкість обміну даними встановлюється у відповідності з стандартним рядом і може змінюватись програмно (як правило, не більше 115.2 кбіт/с), рекомендована відстань передачі даних до 15 м, логіка сигналів від’ємна. Інтерфейс призначений для обміну даними між двома об’єктами, але за допомогою спеціалізованих пристроїв можливо збільшення їх кількості. Існує також можливість роботи інтерфейсу тільки в одному напрямку.

В інтерфейсі RS-232С передбачені наступні сигнали:

FG - захисне заземлення (екран)

TxD - передання даних

RxD - прийом даних

RTS - сигнал запиту на передання даних (активний під час передання)

CTS - сигнал скидання (активний під час передання)

DSR - готовність даних (використовується для встановлення режиму модема)

SG - сигнальне заземлення (нульовий дріт)

DCD - виявлення несучої даних

DTR - готовність вихідних даних

RI - індикатор виклику

Усі перераховані сигнали використовуються тільки в тому випадку, коли здійснюється обмін даними між комп’ютером та модемом. В інших випадках для забезпечення двонаправленого обміну достатньо використання ліній -TxD, - RxD, SG, FG (чотирьохдротова лінія зв’язку), як наведено на рис.1.

Рисунок 1 - Чотирьохдротова лінія зв’язку для RS-232С

Сигнали DTR та RTS програмно можуть бути встановлені в стан логічного нуля або одиниці. У цьому випадку їх можна використовувати для живлення мікропотужних зовнішніх пристроїв, хоча це і не рекомендується

Формат передачі даних інтерфейсу RS-232C наведений на рис.2.

Рисунок 2 - Формат даних RS232C

Передання даних у RS-232С починається зі стартового біту, після чого передаються 5, 6, 7 або 8 біт даних, біт парності та один або два стопових біта. Отримавши стартовий біт, приймач проводить вибірку бітів даних через визначені проміжки часу. Приймач і передавач повинні бути запрограмовані на однакову швидкість і однаковий формат обміну даними. Розходження швидкості приймача та передавача даних, згідно стандарту RS-232С, не повинно перевищувати 10%. Біт парності необхідний для контролю вірності передання даних.

Стандартний ряд швидкостей обміну даними: 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 біт/с.

Усі сигнали RS-232С, для забезпечення високої завадостійкості, передаються спеціально обраними рівнями. Для передавача високий рівень вихідної напруги повинен бути в діапазоні від +5 до +15 В, низький рівень - у діапазоні від - 5В до -15 В, у діапазоні від -5 до +5 В знаходиться зона невизначеності. Для приймача високий рівень вхідної напруги повинен бути в діапазоні від +3 до +25 В, низький рівень - у діапазоні від - 3В до -25 В, у діапазоні від -3 до +3 В знаходиться зона невизначеності. Логіка даних інтерфейсу RS-232С від’ємна, тобто логічній одиниці відповідає низький рівень напруги, а логічному нулю - високий рівень.

Слід відзначити, що досить часто обмін даними між функціональними блоками (особливо при невеликих відстанях), здійснюється у форматі RS-232С або його модифікаціях, але вимоги до рівнів не виконуються. Наприклад, якщо здійснюється обмін даними між двома мікропроцесорними функціональними блоками на відстані декілька десятків сантиметрів, недоцільно використовувати перетворювачі рівнів. Послідовні порти мікропроцесорів з’єднуються безпосередньо між собою і для передання логічних рівнів використовуються рівні вихідної напруги мікропроцесорів.

З метою підвищення завадостійкості доцільно використовувати екранований кабель. Якщо відбувається передання даних на великі відстані необхідно здійснювати узгодження лінії зв’язку.

Для електричного з’єднання функціональних блоків з інтерфейсом RS-232С як правило використовується два типи роз’ємів - 25-контактний DB25 або 9-контактний DB9. Призначення контактів роз’ємів DB25 та DB9 для інтерфейсу RS232C наведено у таблиці 1.

Таблиця 1 - Призначення контактів роз’ємів DB25 та DB9 для інтерфейсу RS232C

3. Інтерфейси RS-485 і RS422

Інтерфейси RS-485 і RS-422-A призначені для передачі даних по симетричним колам ліній зв’язку на відміну від RS-232 (Recommended Standard 232, який прийняли в 1962 р) і його модифікацій RS-232-C (1969 р), EIA-232-D (1986 р), EIA/TIA-232-E (1991 р), які були розроблені для передачі даних по несиметричним лініям.

Асоціація електронної промисловості (EIA - Electronic Industries Association) і американський національний інститут стандартів (ANSI - American National Standard Institution) в 1983 р. затвердили інтерфейс RS - 485, як стандарт EIA RS-485 (далі RS-485). RS-485 отримав широке розповсюдження в апаратурі промислового призначення.

RS-485 регламентує вимоги фізичного інтерфейсу тільки в частині електричних параметрів прийомопередавачів. Протокол обміну, часові співвідношення, вид передачі (послідовний або паралельний), тип з’єднувача не регламентується і можуть бути будь-якими на вибір розробника. Максимальна довжина лінії жорстко не обмежується, але для кабелю 24 AWG (неекранована вита пара) вказана довжина 1200 м.

Максимальна швидкість передачі також жорстко не обмежується. Швидкість передачі обмежується не параметрами передавача, а довжиною кабелю.

Основні технічні параметри RS-485 і його попередника RS-422-А наведені в таблиці 2. Головна відмінність RS-485 від RS-422-А полягає в тому, що RS-485 є "багатоточковим" інтерфейсом.

Таблиця 2 - Основні технічні параметри RS-485 і його попередника RS-422-А

Схема підключення прийомопередавачів інтерфейсу RS-485 до лінії зв’язку наведена на рис.3. Стандарт на інтерфейс RS-485 рекомендує підключення до лінії зв’язку не більше 32 прийомопередавачів.

Рисунок 3 - Схема підключення прийомопередавачів інтерфейсу RS-485 до лінії зв’язку

Стандарт вимагає, щоб при закорочені виходів передавача на шину живлення передавач не виходив з ладу. Тому в усіх мікросхемах прийомопередавачів передбачено схему захисту від перевантаження за струмом і від перегріву корпусу. При температурі корпусу С передавач вимикається.