Sběrnice používané pro sběr dat

Transkript

1 Programové prostředky pro měření a řízení, přednáška č. 9 Sběrnice používané pro sběr dat Ústav fyziky a měřicí techniky, VŠCHT Praha 2009 verze 1.0 1

2 Obsah přednášky Sériové komunikační sběrnice 1. Rozdělení 2. RS232C 3. RS RS USB 6. FireWire 7. I 2 C 8. SPI Paralelní komunikační sběrnice 1. IEEE IEEE 488 verze 1.0 2

3 Sběrnice základní rozdělení soubor signálových vodičů (metalické vedení, optická vlákna) mezi dvěma zařízeními s funkcí řízení, adresování a přenosu dat způsob komunikace se řídí tzv. protokolem sériové x paralelní komunikační sběrnice sériové: (RS-232C, RS-485, USB, I 2 C, FireWire, USB, Ethernet, Fibre Channel. Serial Attached SCSI, SATA, PCI-E) byte dat je přenášen v bitech za sebou po jediném vodiči, řízení může být realizováno po stejném vedení či samostatnými vodiči paralelní: (ISA, PATA, SCSI, PCI, GPIB, IEEE-1284) byte dat je přenášen v bitech po více vodičích zároveň, řízení realizováno po stejném vedení či samostatnými vodiči verze 1.0 3

4 Sériové sběrnice verze 1.0 4

5 Sériové sběrnice rozdělení I. podle počtu spojených zařízení: dvoubodové (např. RS-232, USB, IEEE1284) multibodové (např. RS-485, CAN) podle způsobu synchronizace komunikace mezi dvěma zařízeními: synchronní synchronizace pomocí signálu na synchronizačním vedení, nutné dva vodiče datový, synchronizační asynchronní synchronizace pomocí speciálního signálového pulsu, či byte, který je přidáván do komunikace na datovém vodiči verze 1.0 5

6 Sériové sběrnice rozdělení II. podle směru přenosu dat simplexní: (1) funkce VYSÍLAČ (2) funkce PŘIJÍMAČ poloduplexní: (1) funkce VYSÍLAČ (2) funkce PŘIJÍMAČ (1) funkce PŘIJÍMAČ (2) funkce VYSÍLAČ duplexní: (1) funkce VYSÍLAČ/PŘIJÍMAČ (2) funkce VYSÍLAČ/PŘIJÍMAČ verze 1.0 6

7 Sériové sběrnice použití verze 1.0 7

8 RS-232C provedení Konektory: DB-9 DB-25 spojovací kabely dvou zařízení komunikujících po sběrnici RS-232C Napěťové úrovně: Log 0 vysílač V přijímač V Log 1 vysílač V přijímač V verze 1.0 8

9 RS-232C signály signál číslo kontaktu konektoru symbol 25 pin 9 pin Protective ground Transmitted TxD 2 3 Received Data RxD 3 2 Request To Send RTS 4 7 Clear To Send CTS 5 8 Data Set Read DSR 6 6 Signal Ground Data Carrier Detected DCD 8 1 Data Terminal Ready DTR 20 4 Ring Indicator RI 22 9 verze 1.0 9

10 RS-232C komunikační parametry jedno sériové rozhraní může komunikovat pouze s jedním zařízením asynchronní přenos dat (start a stop bit(y)) Modulační rychlost [Baude, Bd] udává počet změn stavu přenosového média za jednu sekundu. Přenosová rychlost [b/s] rychlost přenosu v bitech za sekundu. Komunikační režim simplexní, poloduplexní, duplexní. Paritní bit kontrolní bit zajišťující odeslání a přijetí správného počtu bitů. Hardwarově řízený přenos dat vodiče sběrnice zabraňující vysílat data dříve, než je přijímací zařízení připraveno. Softwarově řízený přenos dat - speciální znaky synchronizující komunikaci zařízení. verze

11 RS-232C datový rámec Příklad datového rámce odesílání znaku A Start bit Datové bity znak A v ASCII Paritní bit Stop bity RS-232 nespecifikuje kódování ASCII (8bit, 256 znaků) Baudot EBCDIC verze

12 RS-232C spojení 2 DTE DTE (Data Terminal Equipment) koncové datové zařízení Bezmodemové třívodičové zapojení Bezmodemové sedmivodičové zapojení verze

13 RS-232C MAX 232 převodník úrovní TTL/RS-232C verze

14 RS-422 Standard Typ kabelu Uspořádání připojení Maximální přenosová vzdálenost Implementace sběrnice Maximální modulační rychlost Napěťové úrovně Log 0 Log 1 Signály Typ konektoru Maximální přenosová rychlost EIA RS-422 kroucená dvoulinka 1 vysílač až 10 přijímačů 1200 m diferenciální (napětí mezi vodiči) 10 Mbps 10kbps - 6 V až 6 V Vysílač V Přijímač +0,2..+6V Vysílač V Přijímač -0,2..-6V Tx+, Tx-, Rx+, Rx- (Full Duplex) bez konektoru, svorkovnice závisí na vzdálenosti (~kb/s) verze

15 RS-485 průmyslová sběrnice pro vedení dat na velké vzdálenosti (500m) pomocí kroucené dvojlinky kabel zakončen charakteristickou impedancí možnost komunikace duplexně až 32 jednotek (RS-422 pouze 1 vysílač a až 10 přijímačů) obdobný datový rámec jako RS-232C stejné napěťové úrovně logických stavů jako RS-422 přenosová rychlost až 200 kb/s vysoká odolnost proti rušení verze

16 USB (Universal Serial Bus) idea unifikovaný systém pro připojení zařízení k PC Základní parametry: Komunikační rychlost / maximální délka použitého kabelu: 1,5 Mbit/s (USB 1.1) / 3 m 480Mbit/s (USB 2.0) / 5 m 3.2 Gbit/s (USB 3.0)/ nestanoveno, 3 m (SuperSpeed) Možnost připojení více zařízení (127 na hub) Rozhraní obsahuje 5V napájení Kabel kroucená dvojlinka verze

17 USB (Universal Serial Bus) zapojení pinů USB 1.1 a USB 2.0 Pin Jméno Barva Popis 1 VBus Red +5 VDC 2 D- White Data - 3 D+ Green Data + 4 GND Black Ground verze

18 USB (Universal Serial Bus) zapojení pinů USB 3.0 Pin Jméno Popis 1 Vbus +5VDC 2 D+ Data+ 3 D- Data- 4 SSTX+ SuperSpeed 5 SSTX- SuperSpeed 6 SSRX+ SuperSpeed 7 SSRX- SuperSpeed 8 GND Ground verze

19 USB - konektory ) 8-pin AGOX 2) Mini-B 3) Typ B 4) Typ A samice 5) Typ A samec verze

20 FireWire (IEEE1394) sériová sběrnice pro připojení periférií k PC méně rozšířená než USB určená zejména pro přenos proudu dat stream (videokamery) Specifikace IEEE1394a IEEE1394b IEEE1394c Rychlost 400 Mbit/s 800 Mbit/s 3200 Mbit/s Konektor IEEE1394a typ 6 pin, typ 4 pin připojení až 63 zařízení (stromová topologie) menší zátěž CPU oproti USB DMA (Direct Memory Acess) max. délka kabelu u IEEE1394a 4,5 m může sloužit k napájení dalších zařízení (až 45 W zdroj, 30 V) verze

21 FireWire (IEEE1394) verze

22 I 2 C (Philips) určena pro připojení nízkorychlostních periférií (např. mikrokontrolér a převodníky A/D, D/A) master x slave řízení nutná adresace zařízení (7bit 112, 10 bit -1008) dva obousměrné vodiče SDA (Synchronous Data), SCL (Synchronous Clock) poloduplexní provoz 10 kbit/s low speed 100 kbit/s standard mode 400 kbit/s fast mode 1 Mbit/s fast mode plus 3.4 Mbit/s high speed mode verze

23 SPI (Motorola) čtyřvodičová sběrnice master x slave řízení synchronní duplexní provoz není nutná adresace, každý slave má vlastní vodič rychlost až jednotky Mbit/s SCLK MOSI/SIMO MISO/SOMI SS Serial Clock (výstup z master) Master Output, Slave Input (výstup z master) Master Input, Slave Output (výstup ze slave) Slave Select (active low; výstup z master) verze

24 SPI - použití Použití SPI pro komunikaci např. s: senzory a převodníky A/D a D/A dotykovými a LCD displeji MMC a SD kartami audio kodeky digitálními zařízeními převodníky: Ethernet, USB, CAN apod. pamětmi typu flash a EEPROM hodinami verze

25 Paralelní sběrnice verze

26 IEEE 1284 (printer port) pro obousměrnou paralelní komunikaci PC externí zařízení starší parallel port resp. printer port pouze jednosměrná komunikace (tiskárna) teoretická propustnost 4 Mbit/s, reálná 2 Mbit/s 17 digitálních linek - 8 datových, 9 signálních řízení komunikace vzdálenost max. 5 m, optimálně 2 m Provozní módy: SPP mode - Compatibility Mode (Centronics mode) 2. Nibble Mode 3. Byte Mode 4. EPP Mode (Enhanced Parallel Port) 5. ECP Mode (Extended Capabilities Mode) verze

27 IEEE 1284 (printer port) Konektory: 25-pin D-sub female 36 pin Centronics female verze

28 IEEE-488 GPIB (General purpose interface bus) HP-IB (Hewlett-Packard Interface Bus) původní účel automatické testování přístrojů v současností spíše laboratorní využití pro vzájemnou komunikaci přístrojů možnost připojit až 15 zařízení na jednu 8-bit sběrnici, topologie daisy-chain 24 vodičů 16 signálových (8 datových, 3 handshake, 5 řízení sběrnice) a 8 zemnících, délka kabelů max 20 m celkově, 4 m mezi přístroji konektory Canon nebo Centronics verze

29 IEEE-488 verze

30 IEEE-488 Zařízení v systému mohou fungovat jako : Systémový řadič (Controller) Přijímač (Listener) Vysílač (Talker) V jednoduchém systému není nutný systémový řadič (např. systém měřící přístroj zapisovač) verze