Interfaces (527015), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Самая простая схема такого интерфейса – однопроводная, состоящая изсигнального и общего проводов. Недостатком однопроводной схемы является низкая пропускная способность канала и сложность синхронизации приемо-передающих устройств. Удвоение пропускной способности достигают в схемах дуплексной или двунаправленной передачи данных.В параллельно-последовательном цифровом интерфейсе уменьшают количество линий связи путемсовмещения шин адреса и данных. Разделение собственно адреса и данных достигают путем их мультиплексирования; при этом, однако, вдвое снижается пропускная способность канала.Современные цифровые интерфейсы используют два режима синхронизации: асинхронный и син-хронный.
В асинхронном режиме все устройства работают с одинаковой скоростью. Этот режим эффективен, когда все порты имеют близкие значения постоянных времени. Так, например, АЦП, подключенный к интерфейсу в асинхронном режиме, существенно снижает его пропускную способность. Для устранения этого недостатка используют специальные способы коммутации АЦП и собственно интерфейса,например, с помощью так называемых «регистров-защелок».Синхронный режим требует наличия обратной связи между элементами информационной системы.Для этой цели предназначен специальный сигнал обратной связи (квитирования), который сообщает передатчику об окончании работы приемника.
При синхронном режиме достигается самая высокая пропускная способность канала. Однако его применяют обычно в параллельных интерфейсах с относительно короткими (несколько метров) линиями связи.Линии передачи данных для каждого интерфейса выполняют с использованием проводной и беспроводной технологий. Среди проводных линий наиболее распространены электрические провода и оптическое волокно. Так, для параллельных интерфейсов чаще всего используют неэкранированные электрические провода, что не позволяет обеспечить скоростную передачу данных на значительные расстояния.В последовательных и последовательно-параллельных интерфейсах применяют электрические провода сгальванической развязкой между портами (рис. 2.29) и волоконно-оптические линии передачи данных.Волоконно-оптические линии разделяют на одномодовые и многомодовые.
В первых используют световые сигналы только одной длины волны, во вторых – различные сигналы имеют разные длины волн.Многомодовые линии имеют значительно большую пропускную способность, однако существенно дороже и требуют высокого качества оптоволокна и сопутствующего оборудования.УстройствообработкиинформацииИсточникпитания(220 В)Датчикитехнологическогооборудования 1Датчикитехнологическогооборудования 2Фазыпитания(380 В)0ВРис.
2.29. Гальваническая развязка в распределенной системе сбора данных в цехуВ беспроводных линиях передачи данных используют электромагнитное излучение радиочастотного(в том числе, оптического) диапазона. На практике различают радиоволновые и оптические линии передачи данных. Радиоволновые линии используют в последовательных однопроводных интерфейсах. Ихдальность действия достигает тысячи и более километров, пропускная способность ограничивается несущей частотой сигнала. В оптических линиях беспроводной передачи данных используют оптронныепары с излучателем в виде светодиода с диаграммой направленности 10 … 500 или полупроводникового лазера.
Первые применяют при построении интерфейсов малой дальности действия (десятки метров)и относительно небольшой пропускной способности. Дальность действия вторых достигает несколькотысяч километров, а пропускная способность до 1012 бит/с. Поскольку световые лучи распространяютсястрого прямолинейно, дальность действия каналов связи такого рода ограничивается так называемымрасстоянием «прямой видимости».5.1. Цифровые последовательные интерфейсыБольшинство микроконтроллеров, входящих в состав сенсорной системы содержат асинхронный последовательный приемопередатчик UART (англ.
Universal Asynchronous\Receiver/Transmitter). Это устройство, в котором происходит преобразование данных из параллельного формата данных контроллерав последовательный при передаче, и из последовательного в параллельный при приеме, является важным элементом последовательного интерфейса. В UART реализован полнодуплексный режим, при ко-тором порт приемника RX (вход UART) и порт передатчика TX (выход UART) могут работать одновременно, независимо друг от друга. Уровень сигнала устанавливается относительно общего провода, поэтому минимальное количество проводов при передаче данных равно трем. Передача начинается посылкой стартового бита с нулевым уровнем, затем передаются биты данных, начиная с младшего (низкийуровень – «0», высокий – «1»), а завершается посылка передачей одного или двух стоп-битов с единичным уровнем.
Заметим, что перед началом передачи данных необходимо настроить приемопередатчикина одинаковую скорость.Исторически наибольшее распространение получили коммуникационные интерфейсы RS232, RS422и RS485 (англ. - Recommended Standard 232), поддерживающие асинхронный и синхронный режимы обмена данными. Интерфейс синхронной и асинхронной передачи данных RS232С (стандарт EIA RS232C срекомендациями V.24 CCITT), построен на униполярных линиях передачи данных и поэтому его дальность действия и пропускная способность невелики (рис. 2.30, а). Максимальная длина линии составляет15 м, а пропускная способность не превышает 115 103 бит/с. Этот интерфейс соединяет два устройстватак, что линия передачи первого устройства соединяется с линией приема второго и наоборот (полныйдуплекс3). В компьютерных устройствах интерфейс реализуется с помощью коммуникационного СОМпорта.Более высокую помехозащищенность, а, следовательно, и длину линии (до 1200 м) и пропускнуюспособность (до 106 бит/с) обеспечивают интерфейсы RS422 и RS485 (стандарт EIA), реализованные надифференциальных линиях передачи данных.
Интерфейс позволяет подключать до 32 внешних устройств, а при использовании повторителей можно добавить еще 32 узла или увеличить расстояние передачи еще на 1200 м. В интерфейсе RS485 поддерживается двунаправленная полудуплексная связь4, причем для передачи и приема данных достаточно одной скрученной пары проводников (рис. 2.30, б). Интерфейс RS422 является упрощенной версией интерфейса RS485.Один из популярных последовательных интерфейсов — однопроводной интерфейс CAN (ControlArea Network) был разработан фирмой Bosch в 1987 г. для бортовых систем автомобилей (рис. 2.31). Внастоящее время применяется для объединения в сеть «интеллектуальных» устройств ввода/вывода,датчиков, мехатронных модулей и даже целого предприятия.
В интерфейсе CAN, также как и в RS485поддерживается полудуплексная связь и используется дифференциальная линия передачи данных. Высокая помехоустойчивость обеспечивает достижение пропускной способности до 106 бит/с, а длина линии передачи данных до 1000 м. Возможно одновременное подключение около сотни внешних устройств.3Режим, передачи данных позволяющий одновременно принимать и передавать данные по двум направлени-4Режим передачи данных, при котором в каждый момент времени передача идет в одном направлении.ям.Устройствообработкиинформации 1Устройствообработкиинформации 2...Устройствообработкиинформации NШина CANCAN -L(2)CAN –H (7)(3)GND (3)Рис. 2.31. Интерфейс CANПоследовательный интерфейс USB (англ. Universal Serial Bus) — универсальная последовательнаяшина был разработан в 1996 г.
Особенностью этого интерфейса является возможность одновременногооперативного подключения (в так называемом режиме Plug&Play) к главному устройству (управляющему компьютеру) большого количества внешних устройств с помощью четырехпроводных кабелей. USBкабель представляет собой две «витые пары»: по одной осуществляется передача данных в каждом направлении, а другая используется для питания периферийного устройства напряжением 5 В и током до500 мА. USB позволяет подключать слаботочные устройства без собственного блока питания.
Пропускная способность интерфейса достигает 60 106 бит/с, длина линии передачи данных — 5 м.В ряде случаев при передаче сигналов требуется очень высокая пропускная способность, что характерно, например, для работы с видеоинформацией в реальном масштабе времени. Именно из-за ограничений имеющихся шин в последние годы 20 века стал широко внедряться в компьютерную технику интерфейс IEEE-1394 (FiWi — FireWire — «огненный провод» или i.LINK), разработанный фирмой AppleComputers. Также как и интерфейс USB, IEEE-1394 позволяет оперативно подключать до 63 внешнихустройства, обеспечивать пропускную способность до 800 106 бит/с, однако длина линии передачи данных не превышает нескольких метров.
Интерфейс использует дифференциальную линию передачи данных (сигналы передаются по двум витым парам, обеспечивая полудуплексную связь).Среди беспроводных последовательных интерфейсов различают широко распространенный интерфейс Wi-Fi, а также интерфейсы IrDA и Bluetooth.Интерфейс WiFi (от англ. Wireless Fidelity — «беспроводная точность») представляет собой стандартна оборудование, установленное в беспроводной локальной сети (Wireless LAN), содержащей так называемые Wireless Access Point — «беспроводные точки доступа». Этот интерфейс используется в мобильных устройствах (карманных персональных компьютерах — КПК, «интеллектуальных телефонах» —смартфонах и др.). Скоростной стандарт IEEE 802.11g, утверждённый в 2002 г.
предусматривает работув диапазоне частот 2,4 ГГц, обеспечивая при этом пропускную способность до 54 106 бит/с. Дальностьпередачи данных достигает несколько сотен метров.Беспроводной (wireless) интерфейс IrDA (англ. Infrared Data Association) является одним из самыхпростых последовательных интерфейсов, предназначенных для передачи данных на небольшие расстояния (до нескольких десятков метров) с помощью инфракрасного луча. Он основан на архитектуре коммуникационного СОМ-порта персонального компьютера и обладает пропускной способностью до 115103 бит/с.
Также как и в интерфейсе RS485, в IrDA поддерживается двунаправленная полудуплекснаясвязь. В настоящее время большинство пультов дистанционного управления используют этот интер-фейс. Модификация этого интерфейса, называемая IrDa FIR (Infrared Data Association Fast Infra Red —инфракрасный порт с быстрым типом доступа) обеспечивает пропускную способность до 4 10610 бит/с.Еще одним вариантом беспроводного последовательного интерфейса является интерфейс, построенный по технологии Bluetooth для систем сотовой телефонии работающий в диапазоне частот 2,4 ГГц5. Вотличие от интерфейса IrDA эти интерфейсы использует не оптический, а радиоволновой канал передачи данных.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
