Transmisja szeregowa

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
97 dziesiętnie
MSB
MSB
LSB
Wagi bitów
0*27 + 1*26 + 1*25 + 0*24 + 0*23 + 0*22 + 0*21 + 1*20=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’
Nadawca
binarnie MSB 01100001 LSB
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
01100001
Nadawca N
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
Sygnał zegarowy
Wyjście Sygnału
zegarowego
Nadawca
Wyjście sygnału
danych
Wejście sygnału
zegarowego
Sygnał danych
Odbiorca
Wejście sygnału
danych
01100001
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
o
p
S
t
a
r
t
01100001
Nadawca
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
011000011
S
t
o
p
Nadawca
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
Wtyk męski
gniazdo żeńskie
DB25
Wtyk męski
Gniazdo żeńskie
Sygnały w RS232C - DB25
NAZ
WA
1 GND
2 TXD
3 RXD
4 RTS
5 CTS
6 DSR
7 GND
8 DCD
9
10
11 STF
PIN
OPIS
Masa ochronna
Dane nadawane
Dane odbierane
Żądanie nadawania (włączenie nadajnika)
Zwolnienie dla nadawania (gotowość nadawania)
Gotowość danych (DCE)
Masa (powrót)
Wskaźnik sygnału linii odbiorczej
Zarezerwowane
Testowanie zbioru danych
Wybież kanał transmisji
12 S.CD Wtórna DCD
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
18 LL
Impulsy synchronizacji sygnału odbiornika (źródło DCE)
19 S.RTS Wtórne żądanie nadawania
20 DTR
21 RL
22 RI
23 DSR
24 XCK
25 TI
DTR terminal danych gotów (DTE)
Wskaźnik jakości sygnału
Wskaźnik dzwonka (wywołanie stacji)
Selektor prędkości transmisji (źródło DTE/DCE)
Impulsy synchronizacji transmitowanego sygnału (źródło DTE)
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