serial line
TRANSCRIPT
Построение распределенных систем автоматизации
на базе Modicon M340/TSX Premium
Последовательная асинхронная связь
[email protected] (учебный центр Модикон-Киев) Автор: Александр Пупена
www.asu.in.ua
Учебный центр Модикон-Киев NET М340 Serial 1
Приемопередатчики
Учебный центр Модикон-Киев NET Serial 2
Симплекс, дуплекс, полудуплекс
Учебный центр Модикон-Киев NET Serial 3
Прямое кодирование
Учебный центр Модикон-Киев NET Serial 4
Модуляция
Учебный центр Модикон-Киев NET Serial 5
Асинхронная/синхронная связь
Учебный центр Модикон-Киев NET Serial 6
Синхронизация?
Синхронные интерфейсы Асинхронные интерфейсы • передача больших объемов битовых
последовательностей; • синхронизация через определенные
промежутки времени; • наличие доп. ресурсов (или шире полосы
пропускания); • более дорогой • …..
• битовая последовательность делится на порции (символы);
• синхронизация только в начале передачи символа (старт-бит);
• недорогой (очень много схем UART)
Символ и UART
Учебный центр Модикон-Киев NET Serial 7
Передача двох символов: 1-й – 11011000; 2-й – 00100011. Бит паритета – нечетный; 1 стоповый бит
Отсутствие передачи: состояние = 1 Стартовый бит (Start) – сигнал начала передачи символа: состояние =0 на протяжении 1 бита Биты данных – количество зависит от протокола Бит паритета (Parity) – контроль четности: Odd(нечет), Even(чет), None(нет) Стоп биты (Stop) – минимальная пауза между символами: состояние (=1) на протяжении 1, 1.5, 2 битов Битовая скорость (baud rate) выбирается с ряда доступных: популярные 9600 бит/с, 19200 бит/с, для RS232 - 115200 бит/с
RS-232. Предназначение
Учебный центр Модикон-Киев NET Serial 8
RS-232
нуль модем
DTE DTE
в
RS-232 DTE DTE DCE DCE
RS-232 лінія а
RS-232 ПК1
Модем1 RS-232
ПК2 COM
COM
Модем2 телефонна лінія
б
З’єднання за допомогою RS-232: а – схема з’єднання DTE з використанням DCE; б – приклад з’єднання двох ПК (як DTE) через модем (як DCE); в – схема
з’єднання двох DTE без DCE (нуль-модемний зв’язок)
RS-232. Нуль-модемная связь
Учебный центр Модикон-Киев NET Serial 9
G R
R G
TD RD
TD RD
SG
TXD RXD
TXD RXD
SG U
AR
T
10101101 10101101 P
roce
sso
r 10101101 10101101
UA
RT
Pro
cess
or
10101101 10101101 10101101 10101101
RS-232 RS-232
- минимум 3 провода; - дуплексная связь; - максимум 2 устройства; - до 15 м (больше не гарантируется); - гальванически не изолирован (при подключении одно
устройство должно быть отключено); - до 115200 бит/с;
RS-232. Ассиметричный интерфейс
Учебный центр Модикон-Киев NET Serial 10
G R
R G
TD RD
TD RD
SG
TXD RXD
TXD RXD
SG U
AR
T
10101101 10101101
Pro
cess
or 10101101 10101101
UA
RT
Pro
cess
or
10101101 10101101 10101101 10101101
RS-232 RS-232
- очень чувствителен к наводкам (не промышленный);
RS-232. Дополнительные сигналы
Учебный центр Модикон-Киев NET Serial 11
Сигнал DB-25S DB-9S Призначення
PG 1 - Захисна земля (Protected Ground). З’єднується з корпусом пристрою і екраном кабелю.
SG 7 5 Сигнальна земля (Signal Ground), відносно неї діють лінії сигналів. TD(TxD) 2 3 OUT Вихід передавача (Transmit Data). RD(RxD) 3 2 IN Вхід приймача (Receive Data).
RTS 4 7
OUT Запит дозволу на передачу (Request To Send). "Вкл" означає наявність даних у комп’ютера для передачі. При напівдуплексі – перемикання модему в режим передачі.
CTS 5 8 IN Готовність передачі (Clear To Send). "Відкл" - модем забороняє комп’ютеру передавати йому дані.
DTR 20 4 OUT Готовність DTE (Data Set Ready). "Вкл" - комп’ютер готовий до роботи з модемом.
DSR 6 6 IN Готовність DCE (Data Terminal Ready). "Вкл" - модем готовий до роботи з комп’ютером.
DCD 8 1 IN Виявлення несучої (Data Carried Detected). "Відкл" модем сигналізує про сигнал поганої якості
RI 22 9 IN Сигнал виклику (Ring Indicator). "Вкл" – модем отримав сигнал виклику (дзвінок на телефонній лінії)
RS-232. Summary
Учебный центр Модикон-Киев NET Serial 12
RS-422. Симметричный передатчик
Учебный центр Модикон-Киев NET Serial 13
RS-422. Свойства
Учебный центр Модикон-Киев NET Serial 14
- дифференциальный приемо-передатчик: менее чувствителен к внешним излучениям; - дуплекс: передатчик никогда не отключается, построение шины невозможно; - 5-ти проводная или 4-х проводная схема подключения; - 1 передатчик и до 10 приемников; - скорость до 10 мбит/с (при малых расстояниях); - расстояние до 1200 м (при скоростях порядка 9600 бит/с); - среда передачи – экранированная витая пара; - на больших длинах (>200 м) на концах следует выставлять терминаторы (например сопротивление
R=характерист. волновой импеданс линии)
RS-422. Summary
Учебный центр Модикон-Киев NET Serial 15
RS-485 (EIA/TIA 485). Особенности
Учебный центр Модикон-Киев NET Serial 16
- электрически совместим с RS-422; - доп. сигнал на приемопередатчики: включение/отключение передатчика (DE)– полудуплекс,
возможность шинных топологий; - один передатчик рассчитан на 32 приемника сопротивлением 12 кОм, или 64 приемника сопротивл. 24
кОм …; - типичная схема – 3-х проводная или 2-х проводная; - полярности A и B у всех производителей РАЗНЫЕ, по этому соединяйте «+» с «+» и «-» с «-» вместо «А» с
«А» и «В» с «В» - на скоростях 19200 бит/с разрешаются ответвления от шины (порядка 10 м), большие ответвления не
разрешены – нарушается топология, возможны отражения с искажениями сигнала
RS-485 (EIA/TIA 485). Поляризация
Учебный центр Модикон-Киев NET Serial 17
- при отсутствии передачи – все передатчики отключены; - 0В на входе приемника может по разному
интерпретироваться; - минимальные паразитные помехи смещают линию в -200
мВ (лог.0) – стартовый бит; - нужно защитное смещение: питание + резисторы
смещения для поляризации линии в состояние лог.1 при отсутствии передачи;
- поляризация в разных сетях на базе RS-485 по разному: централизованная (Modbus RTU/ASCII), распределенная (UNITELWAY), двухточечная (Profibus DP);
- разные узлы по разному реагируют на отсутствие поляризации;
- иногда поляризацию приходится реализовывать самостоятельно;
RS-485 (EIA/TIA 485). Терминаторы линии
Учебный центр Модикон-Киев NET Serial 18
- ставятся в 2-х концах шины; - до 200 м не обязательны; - как правило Rt=характеристическому волновому сопротивлению кабеля (120 Ом); - дополнительно используют конденсатор для уменьшения нагрузки на передатчики и питание поляризации; -
RS-485 (EIA/TIA 485). Summary
Учебный центр Модикон-Киев NET Serial 19
RS-485 (EIA/TIA 485). Репитеры
Учебный центр Модикон-Киев NET Serial 20
- ставятся при больших длинах (>1000 м), или больших количествах устройств (>32 на 12кОм), или при необходимости больших ответвлений;
- репитер – два приемопередатчика, соединены между собой, гальванически развязаны; - вносят дополнительные задержки в передачу сигнала, связаны с управлением DE;
RS-485 (EIA/TIA 485). Репитеры – варианты управление DE
Учебный центр Модикон-Киев NET Serial 21
Стандартные интерфейсы. Сравнение
Учебный центр Модикон-Киев NET Serial 22
Назва, стандарт EIA RS-232C EIA RS-422A EIA/TIA-485,
RS-485
20 мА „струмова петля”,CL, ИРПС,
Тип сигналу Напруга,
асиметричний
Напруга, диференційний
симетричний
Напруга, диференційний
симетричний
струм
Режим з’єднання дуплекс дуплекс напівдуплекс, дуплекс дуплекс
Максимальна кількість передавачі/приймачів
1/1 1/10
32/32 (при опорі приймачів
12кОм)
1/1 у багаточкових
схемах залежно від реалізації
Максимальна відстань (приблизно)
20 м 1200 м 1200 м декілька км
Максимальна бітова швидкість (приблизно)
115200 біт/с 10 Мбіт/с 10 Мбіт/с 1 Мбіт/с
Преобразователи интерфейсов. USB<->RS232, RS232<->RS-485, USB<->RS485
Учебный центр Модикон-Киев NET Serial 23
- для совместимости интерфейсов; - RS232<->RS485 и USB<->RS485 требуют
управлением передатчиком (DE); - различные алгоритмы управления DE (например
RTS или автоматически); не знание алгоритма часто приводит к нерабочей схеме!
- USB<->RS232 и USB<->RS485 видны как СОМ-порты;
Преобразователи интерфейсов. RS232<->RS-485 Пример управления RTS
Учебный центр Модикон-Киев NET Serial 24