Základní normalizované datové přenosy

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.1.07/2.2.00/07.0247 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR

Základní normalizované datové přenosy Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření

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

2


Způsoby připojení zařízení • Všeobecně používané sběrnice – RS-232, USB, paralelní port, Ethernet, VISA

• Speciální / profesionální sběrnice – GPIB – CAN – RS-485 3

Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření

Způsoby připojení • USB (univerzální sériová sběrnice)



fotoaparáty, tiskárny, klávesnice, ledničky 4


Způsoby připojení • RS-232 (sériová linka)

 

dříve komunikace mezi PC, připojení modemů, myší (předchůdce USB) dnes komunikace s jednoduššími přístroji 5


Způsoby připojení • ethernet

 

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


Způsoby připojení • GPIB



výhradně měřící technika 7


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


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


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


Popis konektoru Dsub – RS-232

11


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


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


Zapojení sběrnice RS-485

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


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


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


Blokové schéma hardwarové části USB

17


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


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


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


Ethernet • možná realizace pomocí optického kabelu

• NEVÝHODA: časová synchronizace, která může být zpožděna až v řádech stovek milisekund pro připojení přes internet

21


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


Topologie zapojení Ethernetu – hvězda

23


Komunikace pomocí Wi-Fi • bezdrátová podoba Ethernetu

• vyžaduje vysílač a přijímač • možné kódování bezdrátového přenosu

• problém s dostupností signálu (členitost terénu, překážky, vzdálenost)

24


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


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


Specifikace sběrnice GPIB 3. Vodiče pro řízení rozhraní •

5 vodičů pro všeobecné řízení a koordinaci procesů na sběrnici

ATN – Attention

IFC – Interface clear

REN – Remote enable

SRQ – Service request

EOI – End or identify 4. Zemnící vodiče •

8 vodičů sloužících pro uzavírání proudových smyček a stínění

27


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


Topologie zapojení GPIB Lineární konfigurace

Hvězdicová kofigurace

29


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


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


Sběrnice CAN • CAN (Controller Area Network)

• norma ISO 11898 • speciální sběrnice využívaná pro automobilový průmysl • odolná vůči vibracím a dalším jevům v terénu

32


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

Základní normalizované datové přenosy Ing. Lenka Kretschmerová, Ph.D.

Děkuji za pozornost

Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/07.0247 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR

Základní normalizované datové přenosy

Recommend Documents