Интерфейсы ксу. Назначение интерфейсов.
Под интерфейсом понимают совокупность схемотехнических средств, обеспечивающих непосредственное взаимодействие составных элементов вычислительной системы. Интерфейс обеспечивает взаимосвязь между составными функциональными блоками или устройствами системы.
Основным назначением интерфейса является унификация внутрисистемных и межсистемных связей и устройств сопряжения с целью эффективной реализации прогрессивных методов проектирования функциональных элементов вычислительной системы.
Классификация интерфейсов
Машинные интерфейсы предназначены для организации связей между составными элементами ЭВМ, т. е. непосредственно для их построения и связи с внешней средой.
Интерфейсы периферийного оборудования выполняют функции сопряжения процессоров, контроллеров, запоминающих устройств и аппаратурой передачи данных.
Интерфейсы мультипроцессорных систем представляют собой в основном магистральные системы сопряжения, ориентированные в единый комплекс нескольких процессоров, модулей памяти, контроллеров запоминающих устройств, ограничено размещенных в пространстве.
Интерфейсы распределенных ВС предназначены для интеграции средств обработки информации, размещенные на значительном расстоянии.
Интерфейсы rs-232, rs-485, rs-422, rs-423, Modbus, Profi-bus, Ethernet, их основные характеристики и принципы работы. Структуры и схемные решения интерфейсов. Использование интерфейсов.
Интерфейсы RS-232, RS-485, RS-422, RS-423, Modbus, Profibus, Ethernet — общепризнанные стандарты, широко используемые во всех сферах.
RS-485
Рассмотрим
подробнее интерфейс RS-485.
RS-485 является чисто физическим
последовательным интерфейсом, который
позволяет подключать к общей симметричной
(дифференциальной) линии связи несколько
(обычно до 32) приёмопередающих устройств.
Таким образом, интерфейс RS-485 передаёт
и принимает только последовательности
логических уровней, не заботясь о
логических подробностях передачи данных
в виде разделения на байты, выдачи
старт-стопных сигналов, коррекции
ошибок, управления направлением и
очерёдностью передачи данных. 
Для
передачи сигналов формирователь
передатчика генерирует два комплементарных
напряжения (логически противоположных:
высокий уровень на A
– низкий уровень на B,
или высокий уровень на B
– низкий уровень на A)
на линиях A
и B,
все остальные передатчики в это время
во избежание конфликта (и искажения
сигнала) находятся в третьем
(высокоимпедансном) состоянии. На рисунке
показано, как EIA‑RS485
определяет напряжения Vоа,
Vоb,
и Vо.
Существуют реализации RS-485, в которых намеренно снижается максимальная скорость передачи. Зачем это делается? Оказывается, для уменьшения электромагнитных помех, излучаемых сетью, ограничивается скорость нарастания выходного напряжения, что приводит к уменьшению высокочастотной составляющей части спектра, и одновременно, снижается максимальная скорость передачи.
Общая характеристика уапп
- полная двойная буферизация, уменьшающая необходимость в точной синхронизации;
- независимое управление передачей, приемом, линиями состояния, прерыванием;
- программируемый генератор скорости передачи позволяет делить любые входные синхроимпульсы на число от 1 до (216-1) и производит внутреннюю шестнадцатикратную синхронизацию;
- независимый ввод синхронизирующих импульсов приемника;
- полностью программируемый последовательный интерфейс;
- 5, 6, 7 или 8-ми битовые данные;
- формирование бита контроля четности или нечетности и его обнаружение;
- формирование 1, 1,5 или 2-х стоповых битов;
- формирование скорости в бодах (канал связи со скоростью до 256 Кбод);
- обнаружение ложного стартового бита;
- полные характеристики сообщений о состоянии;
- ТТЛ - драйвер с 3-мя состояниями для двунаправленной шины данных и управляющей шины;
- обнаружение прерывания передачи, внутреннее диагностирование;
- контроль линии связи для обнаружения неисправной изоляции;
- моделирование ошибок прерывания передачи, паритета, переполнения, кадрирования;
- единственный источник питания + 5 В.
RS-232
Д
ля
сопряжения микропроцессора, осуществляющего
обмен информацией с внешним миром в
параллельном двоичном коде, и модема,
передающего данные по каналу связи в
последовательном формате, широко
используется интерфейс RS-232С.
Рисунок – Схема сопряжения МП-ра и модема через интерфейс RS-232C
На рисунке представлена структурная схема сопряжения микропроцессора (ОМЭВМ) с модемом через интерфейс RS-232С, который включает:
УАПП – универсальный асинхронный программируемый приёмопередатчик, рассмотренный выше;
УПУ – устройство преобразования уровней;
Разъём RS-232С.
Помимо интерфейса RS-232С схема сопряжения содержит:
БРА –буферный регистр адреса;
ШФ – шинный формирователь.
RS-422,423
Данная группа интерфейсов построена на основе интерфейса RS-232. Данный интерфейс предназначен для подключения аппаратуры, передающей или принимающей данные , к оконечной аппаратуре каналов данных . В роли принимающей/передающей аппаратуры может выступать компьютер, принтер и другое периферийное оборудование. В роли оконечной аппаратуры обычно выступает модем. Конечной целью подключения является соединение двух устройств . Интерфейс позволяет исключить канал удаленной связи вместе с парой принимающих/передающих устройств, соединив устройства непосредственно с помощью нуль-модемного кабеля.
Предусмотрены асинхронный и синхронный режимы обмена, но СОМ-порты поддерживают только асинхронный режим.
Несимметричные линии интерфейсов RS-232 и RS-423 имеют самую низкую защищенность от синфазной помехи, хотя дифференциальный вход приемника RS-423 несколько смягчает ситуацию. Лучшие параметры имеет двухточечный интерфейс RS-422 и его магистральный (шинный) аналог RS-485, работающие на симметричных линиях связи. В них для передачи каждого сигнала используется дифференциальные сигналы с отдельной витой парой проводов.
Modbus, Profibus
Протокол Modbus RTU компании Modicon поддерживают многие фирмы-производители контроллеров технологического оборудования. Протокол предполагает одно активное (запрашивающее) устройство в линии ( master), которое может обращаться к нескольким пассивным устройствам ( slave), обращаясь к ним по уникальному в линии адресу. Синтаксис команд протокола позволяет адресовать 254 устройства, соединенных в линию.
Физическим уровнем протокола modbus как правило является линия стандарта RS422/RS485, однако при соединении точка-точка тот же формат команд может быть использован на любом последовательном асинхронном физическом интерфейсе, в том числе RS232. Возможно применение протокола modbus в сетевой среде поверх транспортных протоколов UDP/TCP и IPX/SPX.
Инициатива проведения обмена всегда исходит от ведущего устройства. Ведомые устройства прослушивают линию связи. Мастер подает запрос (посылка, последовательность байт) в линию и переходит в состояние прослушивания линии связи. Ведомое устройство отвечает на запрос, пришедший в его адрес.
Окончание ответной посылки мастер определяет, определяя временные интервалы между окончанием приема предыдущего байта и началом приема следующего. Если этот интервал превысил время, необходимое для приема двух байт на заданной скорости передачи, прием кадра ответа считается завершенным. Кадры запроса и ответа по протоколу modbus имеют фиксированный формат, приведенный в теблице:
Таблица - Кадр посылки modbus
Поле кадра |
Длина в байтах |
Адрес подчиненного устройства |
1 |
Номер функции |
1 |
Данные |
N < 254 |
Контрольная сумма |
2 |
Ethernet
Наибольшую известность в мире ЛВС получили ARCnet, Token Ring и Ethernet. Главное различие между ними заключается в методах доступа к ЛС. Лидером является Ethernet (80-90% всех ЛВС).
Стандарт ISO 8802-3 разработан на основе стандарта ANSI/IEEE 802-3 и предусматривает использование нескольких типов физической среды. В основной части стандарта первой редакции (1988 г.) определен лишь один тип физической среды на основе коаксиального кабеля для передачи в основной полосе частот со скоростью 10 Мбит/с (система 10Base-5).
В настоящее время стандарты определены для различных типов кабеля, являются составной частью общего стандарта IЕЕЕ 802.3 и называются, соответственно,
10Base-5 — толстый коаксиальный (thick Ethernet);
10Base-2 — тонкий коаксиальный (thin Ethernet);
1 Base-5 — телефонный кабель;
10Broad36 — широкополосный телевизионный кабель;
10Base-F — оптоволоконный (Fiber Optic) (одномодовый или многомодовый);
10Base-T — витая пара (Twisted Pair- ТР) — имеет несколько разновидностей, различающихся между собой отсутствием или наличием экранирующей оплетки, а также категорией.
Первая цифра обозначает скорость передачи битов данных в Мгц (10 — 10 Мегабит в секунду).
Base — метод немодулированной передачи (baseband), при котором в каждый момент времени по кабелю может передаваться только один сигнал.
Broad — используется частотное разделение каналов, сигналы перед передачей преобразуются в модулированные радиочастотные каналы с полосой 14 Мгц.
Цифра в конце обозначает максимальную длину кабельного сегмента в метрах (2 — 185 м) и определяет тип используемого кабеля (5 — толстый).
Для каждого типа кабеля используются свои разъемы и собственный способ подключения к устройствам в сети.