Учебное пособие по интерфейсам систем промышленной автоматизации (1015600), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Микросхемы UART выполняютпреобразование параллельного кода в последовательный при передаче и обратноепреобразование при приёме данных.Метод асинхронной последовательной передачи байтов используется в протоколах передачи символов – байт-ориентированных протоколов [1]. В этом случае по промышленной сети передаётся строка байт с некоторыми ограничивающими управляющими символами.
К таким протоколам относятся протоколыHART, Modbus, PROFIBUS.Возможно также использование бит-ориентированных протоколов, когда содержание каждого передаваемого сообщения представляет собой строку бит определённой длины, которая может изменяться в зависимости от типа сообщенияили длины передаваемых данных. Интерпретация значений битов зависит отстандарта протокола промышленной сети. В качестве примера биториентированных протоколов можно привести протоколы AS-interface, CAN.3.7.
СТАНДАРТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИНТЕРФЕЙСОВ ПРИМЕНЯЕМЫХВ ПРОМЫШЛЕННЫХ СЕТЯХПоследовательный интерфейс имеет различные реализации, различающиесяспособом передачи электрических сигналов. Существует ряд родственных международных стандартов: RS-232C, RS-423A, RS-422A и RS-485. На рис. 3.11 приведены схемы соединения приёмников и передатчиков, а также показаны ограничения на длину линии L и максимальную скорость передачи данных V [16].Несимметричные линии интерфейсов RS-232C и RS-423A имеют самую низкую защищённость от синфазной помехи, хотя дифференциальный вход приёмника RS-423A несколько смягчает ситуацию.
Лучшие параметры имеет двухто88чечный интерфейс RS-422A и его магистральный (шинный) аналог RS-485, работающие на симметричных линиях связи. В них для передачи каждого сигнала используются дифференциальные сигналы с отдельной (витой) парой проводов.В перечисленных стандартах сигнал представляется потенциалом. Существуют последовательные интерфейсы, где информативен ток, протекающий по общей цепи передатчик-приёмник – «токовая петля» и MIDI.
Для связи на короткиерасстояния приняты стандарты беспроводной инфракрасной связи. Наибольшеераспространение в персональных компьютерах получил простейший из перечисленных – стандарт RS-232C, реализуемый СОМ-портами. В промышленной автоматике широко применяется RS-485, а также RS-422A. Существуют преобразователи сигналов для согласования этих родственных интерфейсов.RS-232CRS-422AL = 12 мL = 120 мL = 1200 мL = 12 мV = 20 кбит/сRS-485RS-423AL=9мL = 91 мL = 1200 мV = 100 кбит/сV = 10 кбит/сV = 1 кбит/сL = 12 мL = 120 мL = 1200 м11.V = 10 Мбит/сV = 1 Мбит/сV = 100 кбит/сV = 10 Мбит/сV = 1 Мбит/сV = 100 кбит/сРис. 3.11.
Стандарты последовательного интерфейсаИнтерфейс RS-232С (EIA-232-D)Стандарт интерфейса RS-232С (RS от Recommended Standard – рекомендуемый стандарт) является наиболее известным и распространённым среди стандар89тов для последовательной передачи данных. Он был введён в 1969 году Ассоциацией электронной промышленности (Electronic Industries Association, EIA) дляописания требований к интерфейсу между ЭВМ и модемами. Его последняя редакция, при которой название было изменено с RS-232 на EIA-232-D, датируетсядекабрем 1987 года.Интерфейс предназначен для подключения аппаратуры, передающей илипринимающей данные (АПД) к оконечной аппаратуре каналов данных (АКД) [16].В роли АПД может выступать компьютер, принтер, плоттер и другое периферийное оборудование. В роли АКД обычно выступает модем. Конечной целью подключения является соединение двух устройств АПД.
Полная схема соединенияприведена на рис. 3.12. Интерфейс позволяет исключить канал удалённой связивместе с парой устройств АПД, соединив устройства непосредственно с помощьюнуль-модемного кабеля (рис. 3.13).ООДАRS-23212.линиясвязиАКДБRS-232ООДБРис. 3.12. Полная схема соединения по RS-232ООДА13.АКДАRS-232Нуль-модемООДБРис. 3.13. Соединение по RS-232 нуль-модемным кабелем.Стандарт RS-232 описывает управляющие сигналы интерфейса, пересылкуданных, электрический интерфейс и типы разъёмов. В стандарте предусмотреныасинхронный и синхронный режимы обмена, но COM-порты поддерживают только асинхронный режим.Электрический интерфейсСтандарт RS-232 использует несимметричные передатчики и приёмники –сигнал передаётся относительно общего провода – схемной земли [16]. Интерфейсне обеспечивает гальванической развязки устройств.
Логической единице соответствует напряжение на входе приёмника в диапазоне –12...–3 В. Логическомунулю соответствует диапазон +3...+12 В. Диапазон –3...+3 В – зона нечувствительности, обусловливающая гистерезис приёмника: состояние линии будет считаться изменённым только после пересечения порога (рис. 3.14).
Уровни сигналовна выходах передатчиков должны быть в диапазонах –12...–5 В и +5...+12 В для90представления единицы и нуля соответственно. Разность потенциалов междусхемными землями соединяемых устройств должна быть менее 2 В, при более высокой разности потенциалов возможно неверное восприятие сигналов.14.Рис. 3.14. Приём сигналов RS-232Подключение и отключение интерфейсных кабелей устройств с автономнымпитанием должно производиться при отключенном питании. Иначе разность невыровненных потенциалов устройств в момент коммутации может оказаться приложенной к выходным или входным (что опаснее) цепям интерфейса и вывести изстроя микросхемы.Стандарт RS-232 регламентирует типы применяемых разъёмов. На аппаратуре АПД (в том числе на СОМ-портах) принято устанавливать вилки (male – «папа») DB-25P или более компактный вариант – DB-9P.
Девятиштырьковые разъёмы не имеют контактов для дополнительных сигналов, необходимых для синхронного режима (в большинстве 25-тиштырьковых разъёмов эти контакты неиспользуются).На аппаратуре АКД (модемах) устанавливают розетки (female – «мама») DB25S или DB-9S.Это правило предполагает, что разъёмы АКД могут подключаться к разъёмамАПД непосредственно или через переходные «прямые» кабели с розеткой и вилкой, у которых контакты соединены «один в один». Переходные кабели могут являться и переходниками с 9-ти на 25-тиштырьковые разъёмы (рис.
3.15).Если аппаратура АПД соединяется без модемов, то разъёмы устройств (вилки) соединяются между собой нуль-модемным кабелем (Zero-modem или Zmodem), имеющим на обоих концах розетки, контакты которых соединяются пе91рекрёстно по одной из схем, приведённых на рис. 3.16. Чаще всего в системахпромышленной автоматизации используется минимальный нуль-модемный кабель (рис. 3.16, а), позволяющий реализовать двунаправленный асинхронный обмен.
Остальные сигналы, служащие для управления потоком данных, диагностикисостояний модема и передатчика не используются.SG (Signal Ground) – сигнальная земля; TD (Transmit Data) – передаваемые данные (выход передатчика);RD (Receive Data) – принимаемые данные (вход приёмника); RTS (Request To Send) – запрос от АПД напередачу данных; CTS (Clear To Send) – разрешение АПД передавать данные; DSR (Data Set Ready) –сигнал готовности от АКД; DTR (Data Terminal Ready) – сигнал готовности АПД к обмену данными;DCD (Data Clear Detected) – сигнал обнаружения несущей от АКД; RI (Ring Indicator) – индикаторвызова (звонка) от АКД15.Рис.
3.15. Кабели подключения модемовЕсли на каком-либо устройстве АПД установлена розетка – это почти стопроцентный признак того, что к другому устройству оно должно подключатьсяпрямым кабелем, аналогичным кабелю подключения модема. Розетка устанавливается обычно на тех устройствах, у которых удалённое подключение через модем не предусмотрено.а)16.б)Рис. 3.16. Нуль-модемный кабель: а – минимальный, б – полный92Интерфейсы RS-422A и RS-485 (EIA/TIA-422A и EIA/TIA-485)Стандарт RS-485 был совместно разработан двумя ассоциациями производителей: Ассоциацией электронной промышленности (Electronic Industries Association, EIA) и Ассоциацией промышленности средств связи (Telecommunications Industry Association, TIA). Многие инженеры продолжают использовать обозначение RS, однако ассоциация официально заменила «RS» на «EIA/TIA» с целью облегчить идентификацию происхождения своих стандартов.Стандарты RS-485 и RS-422A имеют много общего, и поэтому их часто путают [35]. В табл.
3.2 приведены их основные характеристики. RS-485 определяетдвунаправленную полудуплексную передачу данных и является единственнымстандартом EIA/TIA, допускающим объединение нескольких приёмников и передатчиков в единую сеть с помощью шины. RS-422, с другой стороны, определяетединственный однонаправленный передатчик с несколькими приёмниками. Элементы RS-485 обратно совместимы и взаимозаменяемы со своими двойниками изRS-422A, однако передатчики RS-422A не должны использоваться в системах наоснове RS-485, поскольку они не могут отказаться от управления шиной.2.Таблица 3.2.Основные характеристики интерфейсов RS-422A и RS-485RS-422ARS-485Макс. число передатчиков/приёмников1/1032/32Мин.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
