Základní normalizované datové přenosy

Transkript

1 Základní normalizované datové přenosy Ing. Lenka Kretschmerová, Ph.D. TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/ , který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR

2 Proč normalizovaný datový přenos? Kompatibilita datových toků mezi zařízeními Vývoj a změny SW přenosu změny přenosových rychlostí Nároky na kvalitu přenosu 2

3 Způsoby připojení zařízení Všeobecně používané sběrnice RS-232, USB, paralelní port, Ethernet, VISA Speciální / profesionální sběrnice GPIB CAN RS-485 3

4 Způsoby připojení USB (univerzální sériová sběrnice) fotoaparáty, tiskárny, klávesnice, ledničky 4

5 RS-232 (sériová linka) Způsoby připojení dříve komunikace mezi PC, připojení modemů, myší (předchůdce USB) dnes komunikace s jednoduššími přístroji 5

6 Způsoby připojení ethernet připojení k internetu měřicí přístroje mají dnes již svou adresu v rámci LAN 6

7 Způsoby připojení GPIB výhradně měřící technika 7

8 Sběrnice RS-232 (typ COM) výměna informací dvou zařízení nejčastěji pomocí konektoru Dsub(Cannon 9) max. vzdálenost 15 metrů přenos po pevně nastavených parametrech komunikace (rychlost, parita apod.), bývají volitelné proto je často vhodnější než USB podpora oboustranné komunikace 8

9 Sběrnice RS-232 (typ COM) využívá asynchronní komunikace přenos řízen start a stop bitem logické hodnoty jsou vysílány jako napěťové hladiny +/-15V odolnost vůči okolnímu rušení je zajištěna zvýšeným napětím na komunikačních linkách 9

10 Sběrnice RS-232 průběh signálu Pro navýšení daného napětí lze použít nábojové pumpy, pokud chceme komunikaci provést s mikrokontrolérem, který využívá jiných úrovní, např. TTL 10

11 Popis konektoru Dsub RS

12 Další sběrnice typu RS obě sběrnice jsou určeny i pro síťové přenosy dat RS-422 proudové sběrnice této komunikace využívá vedení pro dvě zařízení RS-485 adresovaná sběrnice 12

13 Sběrnice RS-485 průmyslový standart maximální vzdálenost linky je až 1200m přenos signálu řešen dvouvodičově (half-duplex) čtyřvodičově (full-duplex) každá linka má diferenciální přenos možnost vytvoření sběrnice až 32 zařízení na koncích vedení je doporučeno umístit rezistory (terminátory) 13

14 Zapojení sběrnice RS-485 Zapojení pomocí dvou vodičů, které propojují čtyři zařízení. Na koncích linky jsou terminátory (RT) 14

15 Přenos dat po sběrnici RS-485 klidový stav je u diferenciálního signálu vytvořen tak, že vodič A má o málo větší napětí než vodič B zahájení vysílání vytvoří start bit data mají 7 nebo 8 bitů, po kterých následuje stop bit. 15

16 Sběrnice USB umožňuje podobný typ připojení jako komunikace RS-232, ale s vyšší rychlostí, pro více zařízení současně v TTL logice umožňuje okamžité odpojení zařízení nebo zapojení při běhu PC - Plug & Play odolnost je řešena vedením dvojlinky pro datový přenos možnost větvení sběrnice pomocí HUBu 16

17 Blokové schéma hardwarové části USB 17

18 Kategorie USB USB Host resp. USB Master (Type A) řídí komunikaci, posílá požadavky zařízením možno připojit až 127 zařízení s vendorid - VID USB Slave (Type B) nemůže samostatně začít vysílat data, pokud tomu není vyzván 18

19 Nároky USB rozhraní při jeho používání v PC je potřeba podpory SW pro dané zařízení (ovladače v OS a knihovny instrukcí) problémy s ochrana USB rozhraní proti přepětí, zkratu pokud je zařízením napájeno přes USB nesmí dojít k překročení maximálního odběru proudu 19

20 Ethernet rozšířená komunikace po síti LAN (Local Area Network) využívá se i v průmyslovém prostředí komunikace probíhá v kabelu po kroucených dvojlinkách obě strany připojení jsou galvanicky odděleny transformátory s poměrem 1:1 a s izolační schopností minimálně 2,5 kv 20

21 Ethernet možná realizace pomocí optického kabelu NEVÝHODA: časová synchronizace, která může být zpožděna až v řádech stovek milisekund pro připojení přes internet 21

22 Komunikace pomocí sběrnice Ethernet komunikace po paketech obsahují: přenášená data adresu příjemce každé zařízení má přidělenou IP adresu zařízení lze identifikovat pomocí unikátní MAC adresy přiděluje výrobce zařízení, je ji možno i změnit např. pomocí síťové karty 22

23 Topologie zapojení Ethernetu hvězda 23

24 Komunikace pomocí Wi-Fi bezdrátová podoba Ethernetu vyžaduje vysílač a přijímač možné kódování bezdrátového přenosu problém s dostupností signálu (členitost terénu, překážky, vzdálenost) 24

25 Sběrnice GPIB GPIB (General Purpose Interface Bus) norma sběrnice IEEE 488 paralelní přenos dat mezi 2 15 přístroji celková max. délka 20m vzdálenost mezi 2 zařízeními max. 2m vzdálenost lze prodloužit extendery (zesilovači) asynchronní přenos dat řízen hardwarově 25

26 Specifikace sběrnice GPIB 24 vodičů sběrnice se dělí do 4 skupin: 1. Datové vodiče 8 vodičů (DI01 až DI08) slouží pro přenos dat a příkazů mezi přístroji po bytech 2. Vodiče pro řízení přenosu 3 vodiče zajišťující asynchronní přenos na datové sběrnici DAV Data Valid potvrzení dat na sběrnici NRFD Not Ready for data zařízení není připraveno přijmout data NDAC Not data accepted data nepřijata 26

27 Specifikace sběrnice GPIB 3. Vodiče pro řízení rozhraní 5 vodičů pro všeobecné řízení a koordinaci procesů na sběrnici ATN Attention REN Remote enable IFC Interface clear SRQ Service request EOI End or identify 4. Zemnící vodiče 8 vodičů sloužících pro uzavírání proudových smyček a stínění 27

28 Funkce připojených zařízení Řídicí člen řídí komunikační procesy je to PC nebo karta GPIB instalovaná v zařízení řídící člen může být vždy jen jeden řízení lze předávat Mluvčí - skupina zařízení, která jsou schopna posílat data po sběrnici Posluchač zařízení, která přijímají posílaná data 28

29 Topologie zapojení GPIB Lineární konfigurace Hvězdicová kofigurace 29

30 Druhy zpráv na sběrnici GPIB sběrnicové (interfejsové) zprávy adresy, univerz. příkazy, vícevodičové zprávy jsou určeny více zařízeními resp. čteny všemi zařízeními přístrojové zprávy informační data, data, instrukce specifické pro konkrétní zařízení 30

31 Druhy hlášení na GPIB sériová hlášení umožní vyhledávání zařízení a získání specifických informací ze zařízení (přístrojů), která požadují obsluhu paralelní hlášení umožní řídící jednotce zjistit stav několika přístrojů připojených na sběrnici GPIB současně 31

32 Sběrnice CAN CAN (Controller Area Network) norma ISO speciální sběrnice využívaná pro automobilový průmysl odolná vůči vibracím a dalším jevům v terénu 32

33 Specifika sběrnice CAN síťový protokol detekuje a opravuje přenosové chyby vzniklé od okolních elektromagnetických polí data posílána v rámcích o max. 8 bytech s identifikátorem (náhrada adresy), který určuje i prioritu rámec přijímán i několika zařízeními používána metoda bitové arbitráže pro dodržení doby reakce systému 33

34 Základní normalizované datové přenosy Ing. Lenka Kretschmerová, Ph.D. Děkuji za pozornost Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/ , který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR