10. Локальные промышленные сети и интерфейсы (1245068), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Передача начинается (рис. 2,а)посылкой бита с нулевым уровнем (старт-бита), затем идут биты данных, необязательный бит паритета(чет/нечет), завершается посылка передачей одного или двух битов с единичным уровнем (стоп-битов).стартстоп0 1бит паритетастоп1 0 1 1 01Стартовыйбитtа…б0Рис. 2. Временные диаграммы передаваемых сигналов: а) формат символов; б) прием одного символаВ последнее время появились микроконтроллеры со встроенными модулями интерфейса CAN и модулями универсального последовательного интерфейса периферийных устройств - USB (Universal Serial Bus).Рассмотрим общие вопросы, связанные с применение интерфейсных модулей на основе UART, компонентами которых являются: передатчик (ПД), приемник (ПР), тактовый генератор; управляющие и статусные регистры; буферы (в буфер приемника попадает принятый символ, в буфер передатчика - передаваемый символ); сдвиговые регистры в приемнике и передатчике: в передатчике из них в последовательный портсдвигаются биты передаваемого символа; в приемнике накапливаются принимаемые из порта биты).Перед началом связи между двумя устройствами нужно настроить их приемопередатчики (ПР/ПД) наодинаковые скорость и формат кадра.
Скорость передачи задается делением системной частоты (типичныйдиапазон скоростей: 2400 .. 115200 бит/с).3Приемник и передатчик тактируются, как правило, с 16-кратной частотой относительно заданной скорости (рис. 2,б), чтобы приемник, определив фронт старт-бита, отсчитывал бы несколько тактов, а затем вследующих трех тактах (в середине старт-бита) осуществлял считывание.Если большинство считанных значений - "0", то фиксируется наличие старт-бита, иначе приемниквоспринимает эти отсчеты как шум и ждет появления следующего фронта.После определения старт-бита приемник точно также анализирует середины битов данных, фиксируя"0" или "1" в сдвиговом регистре.Если уровень стоп-бита не "1", то UART определяет ошибку кадра и устанавливает соответствующийфлаг в управляющем регистре.Методы борьбы со сбоями:1) Введение контрольной суммы (КС) – она рассчитывается в передатчике и включается в кадр данныхперед отправкой; приемник самостоятельно вычисляет КС, сверяет ее с полученной.2) Тайм-аут - максимальное время ожидания ответа от запрашиваемого устройства.
При поврежденииданных или выходе из строя запрашиваемого устройства ведущее устройство не «зависнет» в ожидании ответа, а по истечении определенного времени признает наличие сбоя. Тайм-аут отсчитывается с момента завершения передачи запроса. Его длительность должна с небольшим запасом превышать максимальное время ответной передачи плюс время, необходимое на обработку запроса и формирование ответа.3) Квитирование - подтверждение доставки (квитанция). Это контроль получения данных ведомым,который получив данные, в случае их корректности посылает ответ, подтверждающий доставку. Если по истечении тайм-аута ведущее устройство не получает подтверждение, делается вывод о сбое в связи или в ведомом устройстве. Дальше обычные меры - повтор посылки.Рассмотрим некоторые последовательные интерфейсы более подробно.В частности, связь ПРК стенда КОНТАР с компьютером (например, ПК) осуществляется на основе ИФRS-232 (СОМ-порт компьютера).
При этом используется программа КОНСОЛЬ. Используется также ИФ RS485 для объединения ПРК семейства КОНТАР в локальную сеть.RS-232 - широко используемый в самых различных применениях последовательный ИФ синхроннойи асинхронной передачи данных. Он соединяет 2 устройства («точка-точка»). Линия передачи первогоустройства соединяется с линией приема второго и наоборот (полный дуплекс). В его основе лежит однопроводная несогласованная линия, по которой данные передаются двуполярными посылками (1 и 0 кодируютсяимпульсами напряжения разной полярности - рис. 2, 3). Применяется при относительно медленной передачеданных (50 - 38400 бит/с); максимальная длина соединения (без повторителей) – 15 м. Информация передаетсяпоследовательно асинхронным способом.стартстоп0 0 1бит паритетастоп1 0 1 11Стартовыйбитtа…б0Рис.
2. Временные диаграммы передаваемых сигналов: а) формат символов; б) прием одного символаПриемникПередатчик+15 ВВысокий уровень+5 В0ВЗона неопределенности-5 В+25 В+3 В0В-3 ВНизкий уровень-15 ВВысокий уровеньЗона неопределенностиНизкий уровень-25 ВРис. 3. Уровни сигналов RS-232 на передающем и принимающем концах линии4Интерфейсы RS-422 и RS-485В их основе лежит принцип дифференциальной (балансной) передачи данных, когда передача одногосигнала осуществляется по двум проводам. Причем по одному проводу (A) идет исходный сигнал, а по другому (B) - его инверсная копия.
Таким образом, между двумя проводами всегда есть разность потенциалов: при"1" она положительна, при "0" – отрицательна (рис. 4).Потенциаллинии АtПотенциаллинии ВtРазностьпотенциаловлиний А и ВtРис. 4. Иллюстрация принципадифференциальной(балансной) передачи данныхИменно этой разностью потенциалов и передается сигнал, что обеспечивает высокую устойчивость ксинфазной (действующей на оба провода линии одинаково) помехе.Аппаратная реализация интерфейса (рис. 5) – это микросхемы приемопередатчиков с дифференциальными входами/выходами (к линии) и цифровыми портами (к портам UART-контроллера).
Существуют дваварианта такого интерфейса (ИФ):RS-422 - полнодуплексный ИФ; прием и передача идут по двум отдельным парам проводов; на каждой паре проводов может быть только один передатчик (ПД), а приемников (ПР) - несколько; рекомендованвместо RS-232 при длине кабеля более 15 м. (рис. 5,а);RS-485 - полудуплексный ИФ; прием и передача идут по одной паре проводов с разделением по времени; в сети может быть много ПД, т.к. они могут отключаться в режиме приема (рис. 5,б).Большинство промышленных компьютеров оснащены средствами организации обмена на базе RS-422или RS-485.Интеллектуальные датчики и элементы управления наряду с традиционным RS-232 также могут иметьв своем составе подсистему последовательного ввода-вывода данных на базе RS-485.ПРК многих производителей в качестве средств сбора данных и управления содержат ту или иную реализацию интерфейсов RS-422/RS-485.а)DIYDRS-422ПолнодуплексныйZAб)DIRS-485ПолудуплексныйDERROADRBROBв)UARTRS-485RXROTXDIPort XAВитаяпараBDEРис.
5. Аппаратная реализация интерфейсов: а) RS-422; б) RS-485; в) взаимодействие RS-485 с UART.D - передатчик (driver); R – приемник (receiver); DI – цифровой вход передатчика; RO – цифровой выходприемника; DE - разрешение работы передатчика;– разрешение работы приемника; Y, A – прямойдифференциальный вход/выход; Z, B – инверсный дифференциальный вход/выходНа рис. 5,в приведена схема связей RS-485 с портом UART. Цифровой выход RO приемника подключается к порту приемника UART (RX), цифровой вход DI передатчика - к порту передатчика UART (TX).Т.к. на дифференциальной стороне ПР и ПД соединены, то во время приема нужно отключать ПД, а вовремя передачи - ПР.
Для этого служат управляющие входы - разрешение приемника (RE) и разрешение передатчика (DE). Т.к. вход RE инверсный ( RE ), то его можно соединить с DE и переключать ПР и ПД одним сигналом с UART (любой порт). При уровне "0" - работа на прием, при "1" - на передачу.Приемник, получая на дифференциальных входах (A, B) разность потенциалов (UAB) переводит ее вцифровой сигнал на выходе RO. Чувствительность ПР может быть разной, но не ниже гарантированных порогов, которые обычно составляют ± 200 мВ.Если UAB > +200 мВ, то ПР определяет "1".Если UAB < -200 мВ, то ПР определяет "0".В противном случае распознавание сигнала не гарантируется.Все устройства подключаются к одной витой паре одинаково: прямые выходы (A) к одному проводу,инверсные (B) - к другому.5Согласно спецификации RS-485 c учетом согласующих резисторов ПД может вести до 32 приемников.Однако есть ряд микросхем с повышенным входным сопротивлением, что позволяет подключить к линии значительно больше 32 устройств.Максимальная скорость связи по RS-485 может достигать 10 Мбит/сек.Максимальное расстояние - 1200 м.Если необходимо обмениваться на расстоянии, большем 1200 м или подключить больше устройств,чем допускает нагрузочная способность ПД, применяют повторители (репитеры).RS-485 обладает такими свойствами, как: возможность адресации устройств; несложность построениясети и простота эксплуатации.Недостатки: ограничение длины линии – не более 1 км, а также значительное снижение скоростипередачи данных с увеличением длины линии.Таким образом, RS-485 является наиболее широко известным промышленным стандартом, использующим двунаправленную сбалансированную линию передачи.Он поддерживает многоточечные соединения, обеспечивая создание сетей с числом узлов до 32 и передачу на расстояние до 1200 м.Использование повторителей позволяет увеличить расстояние еще на 1200 м или добавить еще 32 узла.Стандарт RS-485 поддерживает полудуплексную связь.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
