Wykład #3 Transmisja szeregowa Przemysłowe Sieci informatyczne Opracował dr inż. Jarosław Tarnawski
Plan wykładu Transmisja szeregowa i równoległa Transmisja synchroniczna i asynchroniczna Simpleks, pół dupleks, pełny dupleks Eliminowanie bledów RS232 opis i charakterystyka RS422 RS485 USB
Transmisja szeregowa i równoległa Przesyłana informacja zwykle grupowana jest w słowo najczęściej bajt (8 bitów) Do przesłania jest znak a w kodzie ascii oznaczony: Dziesiętnie: 97 Hexadecymalnie: 61 Binarnie: 01100001
Transmisja szeregowa i równoległa Znak a binarnie 01100001 MSB 97 dziesiętnie MSB Wagi bitów LSB 0*2 7 + 1*2 6 + 1*2 5 + 0*2 4 + 0*2 3 + 0*2 2 + 0*2 1 + 1*2 0 =97 MSB (ang. Most Significant Bit) Najbardziej znaczący bit mający największą wagę LSB (ang. Least Significant Bit) Najmniej znaczący bit mający najmniejszą wagę
Transmisja szeregowa i równoległa Transmisja równoległa - w jednej chwili przesyłane są wszystkie bity słowa, każdy innym kanałem transmisyjnym (np. przewodem) Transmisja szeregowa przesyłane słowo dzielone jest na bity i wysyłana jest informacja bit po bicie jednym kanałem transmisyjnym
Transmisja równoległa Znak a binarnie MSB 01100001 LSB Nadawca N N N N N N N N 0 1 1 0 0 0 0 1 O O O O O O O O Odbiorca W jednej chwili przesyłane są wszystkie bity słowa, każdy innym kanałem transmisyjnym
Transmisja szeregowa Znak a binarnie MSB 01100001 LSB Nadawca N 01100001 O Odbiorca przesyłane słowo dzielone jest na bity i wysyłana jest informacja bit po bicie jednym kanałem transmisyjnym począwszy od LSB do MSB
Transmisja równoległa Zalety Duża szybkość przesyłania danych (wszystkie bity przesyłane są jednocześnie) Prosta budowa układów transmisji Wady Duży koszt łączy (okablowanie) zwłaszcza przy dużych odległościach Na każdy bit słowa potrzebna jest odrębny kanał transmisyjny i para nadajnik odbiornik (modemy) zwielokrotniona wrażliwość na zakłócenia elektromagnetyczne
Transmisja szeregowa Wady Mniejsza prędkość transmisji Złożona budowa układów nadawczo odbiorczych (realizujących podział i składanie słowa na/z bitów) Zalety Jeden kanał transmisyjny niski koszt okablowania mniejsza podatność na zakłócenia elektromagnetyczne
Powszechność transmisji szeregowej Praktycznie łączność równoległa nadaje się do zastosowania wyłącznie na niewielkie (kilka metrów) odległości (głównie nietypowe rzadkie zastosowania) Ze względu na niższy koszt, większą odporność na zakłócenia i większy zasięg transmisja szeregowa jest powszechnie wykorzystywana w zastosowaniach PSI a także w technice komputerowej (np. USB)
Transmisja synchroniczna Ma miejsce wtedy, gdy nadajnik i odbiornik taktowane są tym samym sygnałem zegarowym przekazywanym pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem Wyjście Sygnału zegarowego Sygnał zegarowy Wejście sygnału zegarowego Nadawca Wyjście sygnału danych Sygnał danych 01100001 Odbiorca Wejście sygnału danych
Transmisja asynchroniczna Zegar nadajnika i odbiornika mają tą samą częstotliwość a sygnał zegarowy nie jest przesyłany pomiędzy odbiornikiem i nadajnikiem. Zamiast tego każde przesyłane słowo zawiera dodatkowe specjalne znaczniki początku i końca słowa Odbiorca S t a r t S t o p Nadawca 01100001
Transmisja asynchroniczna Wymaga: przesyłania nadmiarowych bitów przesyłanych w każdym słowie Zsychronizowania (nadania takich samych nastaw dotyczących prędkości transmisji, liczby bitów w słowie, liczby bitów stopu, kontroli parzystości w nadajniku i odbiorniku) Zaletą jest brak konieczności przesyłania sygnału zegarowego stąd ogromna popularność takiego rozwiązania
Kontrola przesyłanych danych Ze względu na potencjalne przekłamanie danych podczas transmisji do wysyłanego asynchronicznie słowa dodaje się tzw. bity kontrolne Mechanizm ten nazywany jest kontrolą parzystości/nieparzystości Dodaje on kolejny bit do każdego wysyłanego słowa (kod nadmiarowy)
Kontrola parzystości/nieparzystości Przy kontroli parzystości uzupełniamy bit kontrolny tak, aby liczba 1 w słowie była parzysta Odbiorca S t a r t p a r z y s t o ś ć S t o p Nadawca 011000011
Rodzaje komunikacji Simpleks w jedną stronę N O Półdupleks w obie strony niejednocześnie N N O O Dupleks w obie strony równocześnie N O O N
RS232 rys historyczny RS232 (rok 1962) organizacja EIA (Electronic Industries Association) ustanawia standard wymiany danych pomiędzy urządzeniem końcowym dla danych DTE (Data Terminal Equipment), a urządzeniem komunikacyjnym dla danych DCE (Data Communication Equipment). RS232C (sierpień 1969) ustalono ostateczny standard
Przedmiotem standardu RS232C jest zestaw sygnałów i ich funkcje Elektryczne charakterystyki sygnałów Rodzaj złączy
Oryginalne zastosowanie RS232C DTE RS232C Modem DCE Sieć telefoniczna DTE RS232C Modem DCE Specyficzne połączenie nullmodem to umożliwia bezpośrednie połączenie dwóch urządzeń DTE bez użycia modemów
Gniazda i wtyki w RS232C DB9 DB25 Wtyk męski Wtyk męski gniazdo żeńskie Gniazdo żeńskie
Sygnały w RS232C - DB25 PIN NAZ WA 1 GND Masa ochronna 2 TXD Dane nadawane 3 RXD Dane odbierane 4 RTS Żądanie nadawania (włączenie nadajnika) 5 CTS Zwolnienie dla nadawania (gotowość nadawania) 6 DSR Gotowość danych (DCE) 7 GND Masa (powrót) 8 DCD Wskaźnik sygnału linii odbiorczej 9 Zarezerwowane 10 Testowanie zbioru danych 11 STF Wybież kanał transmisji 12 S.CD Wtórna DCD OPIS 13 S.CTS Wtórne zwolnienie dla nadawania 14 S.TXD Wtórnie nadawane dane 15 TCK Impulsy synchronizacji sygnału nadajnika (źródło DCE) 16 S.RXD Wtórnie odbierane dane 17 RCK Impulsy synchronizacji sygnału odbiornika (źródło DCE) 18 LL 19 S.RTS Wtórne żądanie nadawania 20 DTR DTR terminal danych gotów (DTE) 21 RL Wskaźnik jakości sygnału 22 RI Wskaźnik dzwonka (wywołanie stacji) 23 DSR Selektor prędkości transmisji (źródło DTE/DCE) 24 XCK Impulsy synchronizacji transmitowanego sygnału (źródło DTE) 25 TI Test wskaźnika
Sygnały w RS232C - DB9 PIN NAZWA OPIS 1 DCD Wskaźnik sygnału linii odbiorczej 2 RXD Dane odbierane 3 TXD Dane nadawane 4 DTR DTR terminal danych gotów (DTE) 5 GND Masa ochronna 6 DSR Gotowość danych (DCE) 7 RTS Żądanie nadawania (włączenie nadajnika) 8 CTS Zwolnienie dla nadawania (gotowość nadawania) 9 RI Wskaźnik dzwonka (wywołanie stacji)
Sygnały w RS232C Linie Danych TxD dane nadawane. RxD dane odbierane Linie sterujące RTS żądanie nadawania danych zgłaszane przez terminal DTE CTS gotowość do nadawania zgłaszana przez modem DCE (przesyła potwierdzenie odebrania sygnału RTS) DSR gotowość modemu DCE do dalszej współpracy z DTE (aktywny przez cały czas trwania połączenia) DTR gotowość DTE do dalszej współpracy z DCE (aktywny przez cały czas trwania połączenia) DCD sygnał wykrycia przez modem fali nośnej (oznacza, że łączy się on z innym modemem) Linie masy: SG masa sygnałowa PG masa ochronna połączona z obudową urządzenia
Często stosowane połączenie Polaczenie nullmodem do bezpośredniego łączenia urządzeń DTE Zapewnia pełny dupleks z użyciem tylko trzech przewodów! Skrosowane linie 2 (RXD) i 3 (TXD) oraz zwarte masy sygnałowe Uwaga! połączenie z wykorzystaniem modemów będzie szczegółowo zaprezentowane na następnym wykładzie
Sygnały elektryczne w RS232 Linie danych (obowiązuje logika ujemna) Logiczne 1-15V U -3V Logiczne 0 +3V U +15V Linie sterujące (obowiązuje logika dodatnia) Logiczne 1 +3V U +15V Logiczne 0-15V U -3V Rys przedstawia napięcia dla linii danych (logika ujemna)
Cechy RS232C Umożliwia transmisję asynchoniczną i synchroniczną Niesymetryczne przesyłanie danych ogranicza szybkość przesyłania danych i odległość, pozbawione jest zabezpieczenia przed zakłóceniami Dozwolona liczba urządzeń to 1 nadajnik 1 odbiornik Odległość transmisji to około 15metrów
Pętla prądowa w RS232C W celu powiększenia odległości transmisji dla RS232C stosuje się tzw. pętlę prądową 20mA. Jest to ekpander RS232 zapewnia przekodowanie sygnałów RXD, TXD na inny poziom/charakter sygnałów np. optyczne.
RS422A W celu zapewnienia szybkiej transmisji na duże odległości stosuje się symetryzację łącza czyli zastosowanie tylko dwóch przewodów, które to przewody mają taką samą impedancję do ziemi jak do innych przewodów rezystorów wyrównujących (terminatory) oraz różnicowych nadajników i odbiorników. Typowym zastosowaniem RS422A jest nadawanie z jednego nadajnika do wielu odbiorców (stacji podrzędnych)
RS485 Wprowadzony w 1983r jako rozwinięcie RS422A. Łącze jest również symetryczne i zrównoważone przy czym dopuszcza się stosowanie wielu odbiorników i wielu nadajników. Nadajniki muszą być trójstanowe ponieważ w jednej chwili może nadawać tylko jeden z nich a reszta musi być wyłączona (w stanie wysokiej impedancji)
Porównanie interfesów szeregowych RS RS232C RS423A RS422A RS485 Rodzaj transmisji niesymetryczna niesymetryczna różnicowa różnicowa Liczba nadajników i odbiorników 1 odbiornik 1 nadajnik 10 odbiorników 1 nadajnik 10 odbiorników 1 nadajnik 32 odbiorniki 32 nadajniki Max. długość kabla [m] 15 1200 1200 1200 Prędkość transmisji [bity/s] 20k 100k 10M 10M
USB Universal Serial Bus uniwersalna magistrala szeregowa Cechy USB: Gorące podłączanie urządzeń Jeden typ złącza dla różnych urządzeń Duża liczba przyłączanych urządzeń Możliwość zasilania urządzenia z portu USB Praca z dużymi prędkościami USB 1.1: 1.5 lub 12 Mbit/s USB 2.0: 1.5, 12 lub 480 Mbit/s USB 3.0 do 4.8 Gbit/s
USB
USB - architektura
Bibliografia Szeregowe interfejsy cyfrowe, Wojchech Mielczarek, Helion 1993 Przewodnik po technice mikrokomputerowej, Krzysztof Socha, Piotr Misiurewicz, Tomasz Kręglewski, WNT 1988 www.usb.org