Коммуникационные шины Универсальный асинхронный приёмопередатчик

Коммуникационные шины

Универсальный асинхронный приёмопередатчик (УАПП, англ. Universal Asynchronous Receiver- Transmitter (UART)) — узел вычислительных устройств, предназначенный для связи с другими цифровыми устройствами. Преобразует заданный набор данных в последовательный вид так чтобы было возможно передать их по однопроводной цифровой линии другому аналогичному устройству.

Данные передаются по байтам. Передача данных начинается со стартового бита – перехода линии из уровня « 1» в уровень « 0» . Приемник делает выдержку в течение заданного времени, затем с заданной периодичностью считывает биты данных. Если предусмотрено конфигурацией, после бит данных передаются 1 или 2 бита четности. Затем следует стоповый бит - переход линии из уровня « 0» в уровень « 1» .

RS-232 (англ. Recommended Standard 232) — стандарт последовательной асинхронной передачи двоичных данных между терминалом (англ. Data Terminal Equipment, DTE) и коммуникационным устройством (англ. Data Communications Equipment, DCE). Длина линии – до 15 м. Логический « 0» +5…+15 В. Логическая « 1» -5… -15 В.

Наименован Направлен Описание ие DCD In Carrier Detect (Определение несущей) RXD In Receive Data (Принимаемые данные) TXD Out Transmit Data (Передаваемые данные) DTR Out Data Terminal Ready (Готовность

Наименован Направлен Описание ие DSR In Data Set Ready (Готовность данных) RTS Out Request to Send (Запрос на отправку) CTS In Clear to Send (Готовность приема) RI In Ring Indicator (Индикатор вызова)

Типовая схема линии RS-232

RS-422 — стандарт, обеспечивающий сбалансированную или дифференциальную однонаправленную нереверсируемую передачу данных по терминированным или нетерминированным линиям, с возможностью соединения «точка-точка» или для многоабонентской доставки сообщений. Дуплексный прием/передача. Один дифференциальный сигнал на передачу, второй – на прием. Кабель – экранированная витая пара.

Прием-передача точка-точка или один передатчик и несколько приемников на одной шине. Для устранения отражений сигнала от концов линии требуется установка согласующих резисторов сопротивлением, равным волновому сопротивлению кабеля. • Скорость обмена до 10 000 кбит/с при длине линии до 15 м. • Длина линии до 1200 м при скорости 90 кбит/с.

RS-485 (англ. Recommended Standard 485), EIA- 485 (англ. Electronic Industries Alliance-485) — стандарт физического уровня для асинхронного интерфейса. Регламентирует электрические параметры полудуплексной многоточечной дифференциальной линии связи типа «общая шина» . Стандарт приобрел большую популярность и стал основой для создания целого семейства промышленных сетей, широко используемых в промышленной автоматизации.

Как и в RS-422, используются 2 витые пары на прием и на передачу. Скорости и дальности такие же, как у RS-422. Также рекомендуется использовать согласующие резисторы. Отличие состоит в том, что драйвер интерфейса имеет третье – высокоимпедансное состояние, что позволяет иметь на шине несколько приемников и несколько передатчиков. Драйверы RS-485 могут быть использованы вместо драйверов RS-422, обратная замена невозможна.

Возможно использование на прием и передачу одной витой пары. В RS-422 на линии может быть 1 передатчик и до 10 приемников, на линии RS-485 может быть до 32 приемопередатчиков.

Сеть RS-485 с несколькими приемопередатчиками

CAN (англ. Controller Area Network — сеть контроллеров) — стандарт промышленной сети, ориентированный прежде всего на объединение в единую сеть различных исполнительных устройств и датчиков. Режим передачи — последовательный, широковещательный, пакетный. CAN разработан компанией Robert Bosch Gmb. H в середине 1980 -х и в настоящее время широко распространён в промышленной автоматизации, технологиях «умного дома» , автомобильной промышленности и многих других областях. Стандарт для автомобильной автоматики.

Непосредственно стандарт CAN от Bosch определяет передачу в отрыве от физического уровня — он может быть каким угодно, например, радиоканалом или оптоволокном. Но на практике под CAN-сетью обычно подразумевается сеть топологии «шина» с физическим уровнем в виде дифференциальной пары, определённым в стандарте ISO 11898. Передача ведётся кадрами, которые принимаются всеми узлами сети.

ISO 11898 в качестве среды передачи определяет двухпроводную дифференциальную линию с импедансом (терминаторы) 120 Ом (допускается колебание импеданса в пределах от 108 Ом до 132 Ом. Максимальная скорость сети CAN в соответствии с протоколом равна 1 Mbit/s. При скорости в 1 Mbit/sec максимальная длина кабеля равна примерно 40 метрам.

Ограничение на длину кабеля связано с конечной скоростью распространения сигнала и механизмом побитового арбитража (во время арбитража все узлы сети должны получать текущий бит передачи одновременно, т. е. сигнал должен успеть распространится по всему кабелю за единичный отсчет времени в сети.

Скорости при использовании витой пары: 1 Мбит/с – длина линии 40 м 500 Кбит/с - 100 м 125 Кбит/с - 500 м 10 Кбит/с - 5000 м Количество узлов на линии теоретически не ограничено.

Для абстрагирования от среды передачи спецификация CAN избегает описывать двоичные значения как « 0» и « 1» . Вместо этого применяются термины «рецессивный» и «доминантный» , при этом подразумевается, что при передаче одним узлом сети рецессивного бита, а другим доминантного, принят будет доминантный бит.

Базовый формат кадра данных Поле Длин Описание а (бит) Начало кадра 1 Сигнализирует начало передачи кадра Идентификатор 11 Уникальный идентификатор Запрос на 1 Должен быть передачу (RTR) доминантным Бит расширения 1 Должен быть идентификатора доминантным (IDE) Зарезервированн 1 Резерв ый бит (r 0)

Поле Длин Описание а (бит) Длина данных 4 Длина поля данных в (DLC) байтах (0 -8) Поле данных 0 -8 Передаваемые данные байт (длина в поле DLC) Контрольная 15 Контрольная сумма (CRC) всего кадра Разграничитель 1 Должен быть контрольной рецессивным суммы

Поле Длин Описание а (бит) Промежуток 1 Передатчик шлёт подтверждения рецессивный, приёмник (ACK) вставляет доминанту Разграничитель 1 Должен быть подтверждения рецессивным Конец кадра 7 Должен быть (EOF) рецессивным Первые 7 бит идентификатора не должны быть все рецессивными. Расширенный формат кадра изучить самостоятельно.

Формат кадра запроса Совпадает с кадрами данных стандартного или расширенного формата за двумя исключениями: В поле RTR рецессив вместо доминанты. Отсутствует поле данных.

Арбитраж доступа При свободной шине любой узел может начинать передачу в любой момент. В случае одновременной передачи кадров двумя и более узлами проходит арбитраж доступа: передавая адрес источника, узел одновременно проверяет состояние шины. Если при передаче "0" бита принимается "1" — считается, что другой узел передаёт сообщение с большим приоритетом и передача откладывается до освобождения шины.

Контроль ошибок CAN имеет несколько механизмов контроля и предотвращения ошибок: • Контроль передачи: при передаче битовые уровни в сети сравниваются с передаваемыми битами. • Дополняющие биты (bit stuffing): после передачи пяти одинаковых битов подряд автоматически передаётся бит противоположного значения. Таким образом кодируются все поля кадров данных или запроса, кроме разграничителя контрольной суммы, промежутка подтверждения и EOF.

• Контрольная сумма: передатчик вычисляет её и добавляет в передаваемый кадр, приёмник считает контрольную сумму принимаемого кадра в реальном времени (одновременно с передатчиком), сравнивает с суммой в самом кадре и в случае совпадения передаёт доминантный бит в промежутке подтверждения. • Контроль значений полей приёме. Разработчики оценивают вероятность невыявления ошибки передачи как 4, 7× 10 -11.