Длина и провод
Стандарт определяет максимальную длину кабеля в 50 футов (примерно 15 метров) при скорости 9600 бит/с. На практике устойчивая работа может быть достигнута и при большей длине кабеля. Утверждают, что можно удвоить указанную цифру при использовании неэкранированного кабеля и упятерить ее для экранированного кабеля, а при понижении скорости вдвое предельная длина может быть увеличена примерно вдвое. Тем не менее, мы не можем ручаться за это утверждение, из-за различного уровня внешних электромагнитных помех в каждом конкретном случае.
Рекомендуется использовать кабели на основе витой пары, где каждый из сигнальных проводов свит с общим проводом. Например, для этой цели хорошо подходит кабель для прокладки локальной сети Ethernet на неэкранированных витых парах (Unshielded Twisted Pair - UTP), а лучше — на экранированных - STP. Экран кабеля рекомендуется не объединять с сигнальным общим, а подключить к металлической оболочке разъема.
Технические подробности Уровни сигналов
Все сигналы в интерфейсе потенциальные, с номинальными уровнями +12В и -12В относительно общего провода (Signal Ground). Логической единице соответствует уровень -12В, логическому нулю соответствует +12В.
Передача данных
RS-232 называют последовательным интерфейсом, поскольку поток данных передается по одному проводу бит за битом. В отсутствие передачи данных линия находится в состоянии логической единицы (-12В). Скорость передачи данных стандартом не нормируется, но обычно выбирают из ряда 110, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200 бит в секунду. В основном используется асинхронный режим работы, при котором данные передаются фреймами. Каждый фрейм состоит из стартового бита, битов данных, бита контроля четности (может отсутствовать), стопового бита. Биты байта данных передаются "хвостом вперёд", начиная с младшего бита.
Для правильной стыковки приемопередатчики на обоих устройствах должны быть запрограммированы одинаковым образом, т.е. должны совпадать скорость, количество битов данных (7 или 8), тип контроля по четности (см. ниже), длина стопового бита (1, 1.5 или 2).
При точных расчётах времени на передачу массива байтов наряду с битами данных следует учитывать все служебные биты.
Осциллограмма
Ниже приведена "осциллограмма" одного фрейма при следующих настройках: 8 битов данных, контроль по нечетности (parity odd), 1 стоповый бит:
Стартовый бит всегда идет уровнем логического нуля, стоповый — единицей. Состояние бита паритета определяется настройкой передатчика. Бит дополняет число единичных битов данных до нечетности (parity odd), четности (parity even), может не использоваться (parity none), быть всегда единицей (mark) или нулем (space).
Перспективы
На самом деле перспектив у RS-232 нет. В настоящее время появляется всё больше компьютеров, не оснащенных этим интерфейсом. Однако в эксплуатации находится большое число устройств с интерфейсом RS-232. Для стыковки ПЭВМ с такими устройствами используют переходники USB - RS-232.
После подключения такого переходника и установки драйверов в ПЭВМ появляется виртуальный COM-порт, через который можно общаться с устройством.
RS-232 - интерфейс передачи информации между двумя устройствами на расстоянии до 20 м. Информация передается по проводам с уровнями сигналов, отличающимися от стандартных 5В, для обеспечения большей устойчивости к помехам. Асинхронная передача данных осуществляется с установленной скоростью при синхронизации уровнем сигнала стартового импульса.
Интерфейс RS-232-C был разработан для простого применения (Изначально создавался для связи компьютера с терминалом.) Стандарт соединения оборудования RS-232 был разработан в 1962 году рядом крупных промышленных корпораций и опубликован Ассоциацией электронной промышленности (Electronic Стандарты EIA имеют префикс "RS". "RS" означает рекомендуемый стандарт, но сейчас стандарты просто обозначаются как "EIA" стандарты. Стандарт развивался и в 1969 представлена третья редакция (RS-232C). Четвертая редакция была в 1987 (RS-232D, известная также под EIA-232D). RS-232 идентичен стандартам МККТТ (CCITT) V.24/V.28, X.20bis/X.21bis и ISO IS2110.
Интерфейс RS-232-C соединяет два устройства. Линия передачи первого устройства соединяется с линией приема второго и наоборот (полный дуплекс) Для управления соединенными устройствами используется программное подтверждение (введение в поток передаваемых данных соответствующих управляющих символов). Возможна организация аппаратного подтверждения путем организации дополнительных RS-232 линий для обеспечения функций определения статуса и управления.
Сигналы после прохождения по кабелю ослабляются и искажаются. Ослабление растет с увеличением длины кабеля. Этот эффект сильно связан с электрической емкостью кабеля. По стандарту максимальная нагрузочная емкость составляет 2500 пФ. Типичная погонная емкость кабеля составляет 130 пФ, поэтому максимальная длина кабеля ограничена примерно 15 м.
Интерфейс RS-485 - широко распространенный высокоскоростной и помехоустойчивый промышленный последовательный интерфейс передачи данных. Практически все современные компьютеры в промышленном исполнении, большинство интеллектуальных датчиков и исполнительных устройств, программируемые логические контроллеры наряду с традиционным интерфейсом RS-232 содержат в своем составе ту или иную реализацию интерфейса RS-485.
Интерфейс RS-485 поддерживают приборы:
Измерители-регуляторы серии МЕТАКОН
Реле времени ЭРКОН-215
Счетчики импульсов ЭРКОН-315
Счетчики импульсов ЭРКОН-325..
Интерфейс RS-485 основан на стандарте EIA RS-422/RS-485. К сожалению, полноценного эквивалентного российского стандарта не существует, поэтому в данном разделе предлагаются некоторые рекомендации по применению интерфейса RS-485.
Традиционный интерфейс RS-232 в промышленной автоматизации применяется достаточно редко. Сигналы этого интерфейса передаются перепадами напряжения величиной (3…15) В, поэтому длина линии связи RS-232, как правило, ограничена расстоянием в несколько метров из-за низкой помехоустойчивости. Интерфейс RS-232 имеется в каждом PC – совместимом компьютере, где используется в основном для подключения манипулятора типа “мышь”, модема, и реже – для передачи данных на небольшое расстояние из одного компьютера в другой. Передача производится последовательно, пословно, каждое слово длиной (5…8) бит предваряют стартовым битом и заканчивают необязательным битом четности и стоп-битами. Интерфейс RS-232 принципиально не позволяет создавать сети, так как соединяет только 2 устройства (так называемое соединение “точка - точка”).
Сигналы интерфейса RS-485 передаются дифференциальными перепадами напряжения величиной (0,2…8) В, что обеспечивает высокую помехоустойчивость и общую длину линии связи до 1 км (и более с использованием специальных устройств – повторителей). Кроме того, интерфейс RS-485 позволяет создавать сети путем параллельного подключения многих устройств к одной физической линии (так называемая “мультиплексная шина”).
В обычном PC-совместимом персональном компьютере (не промышленного исполнения) этот интерфейс отсутствует, поэтому необходим специальный адаптер - преобразователь интерфейса RS-485/232.
Преобразователь интерфейса ПИ-485/232, выпускаемый НПФ “КонтрАвт”, используется при организации связи между устройствами, оборудованными интерфейсом RS-232, но использующими в качестве среды передачи интерфейс RS-485.
Некоторые технические данные преобразователя ПИ-485/232:
взаимное “прозрачное” преобразование сигналов интерфейсов RS-232 и RS-485 с гальванической изоляцией между ними;
управление направлением передачи осуществляется со стороны RS-232 по сигналу RTS;
требует наличия сигнала DTR, используемого для питания преобразователя (на стороне RS-232);
организация связи между различными устройствами, протокол передачи которых использует полудуплексный режим (запрос и ответ передаются по одной физической линии, но в разные промежутки времени);
индикация состояния сигналов интерфейса RS-232: RxD (прием), TxD (передача), RTS (сигнал управления передачей);
максимальная скорость обмена – 19200 бит/с.
Грубо принцип управления направлением передачи преобразователя ПИ-485/232 можно представить так:
Сигнал DTR устанавливается при запуске программного обеспечения подключенного со стороны RS-232 устройства. Сброс DTR производится при завершении работы программного обеспечения. Сигнал RTS устанавливается до начала передачи и сбрасывается после полного ее окончания.
Существуют и полностью автоматические преобразователи, не требующие сигнала управления передатчиком, но, как правило, они требуют жесткого указания скорости обмена и длины передаваемого слова (с учетом стартовых, стоповых бит и бита четности).
В информационных технологиях и связи, мультиплекси́рование (англ. multiplexing, muxing) — уплотнение канала, т. е. передача нескольких потоков (каналов) данных с меньшей скоростью (пропускной способностью) по одному каналу.
В телекоммуникациях мультиплексирование подразумевает передачу данных по нескольким логическим каналам связи в одном физическом канале. Под физическим каналом подразумевается реальный канал со своей пропускной способностью — медный или оптический кабель, радиоканал.
В информационных технологиях мультиплексирование подразумевает объединение нескольких потоков данных (виртуальных каналов) в один. Примером может послужить видеофайл, в котором поток (канал) видео объединяется с одним или несколькими каналами аудио.
Устройство или программа, осуществляющая мультиплексирование, называется мультиплексором.
Принципы мультиплексирования
Мультиплексирование с разделением по частоте (FDM)
Мультиплексирование 3 каналов с разделением по частоте
Технология
Мультиплексирование с разделением по частоте (англ. FDM, Frequency Division Multiplexing) предполагает размещение в пределах полосы пропускания канала нескольких каналов с меньшей шириной. Наглядным примером может послужить радиовещание, где в пределах одного канала (радиоэфира) размещено множество радиоканалов на разных частотах (в разных частотных полосах).
Основные применения
Используется в сетях мобильной связи (см. FDMA) для разделения доступа, в волоконно-оптической связи аналогом является мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM, Wavelength Division Multiplexing) (где частота — это цвет излучения излучателя), в природе — все виды разделений по цвету (частота электромагниных колебаний) и тону (частота звуковых колебаний).
Мультиплексирование с разделением по времени (TDM)
Технология
Мультиплексирование с разделением по времени (англ. TDM, Time Division Multiplexing) предполагает кадровую передачу данных, при этом переход с каналов меньшей ширины (пропускной способности) на каналы с большей освобождает резерв для передачи в пределах одного кадра большего объёма нескольких кадров меньшего.
На рисунке: А, В и С — мультиплексируемые каналы с пропускной способностью (шириной) N и длительностью кадра Δt; E — мультиплексированный канал с той же длительносью Δt но с шириной M*N, один кадр которого (суперкадр) несёт в себе все 3 кадра входных мультиплексируемых сигналов последовательно, каждому каналу отводится часть времени суперкадра — таймслот, длиной ΔtM=Δt/M
Таким образом, канал с пропускной способностью M * N может пропускать M каналов с пропускной способностью N, причём при соблюдении канальной скорости (кадров в секунду) результат демультиплексирования совпадает с исходным потоком канала (А, В или С на рисунке) и по фазе, и по скорости, т. е. протекает незаметно для конечного получателя.
Основные применения
беспроводные TDMA-сети, Wi-Fi, WiMAX;
канальная коммутация в PDH и SONET/SDH;
пакетная коммутация в ATM, Frame Relay, Ethernet, FDDI;
коммутация в телефонных сетях;
последовательные шины: PCIe, USB.
Мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM)
Технология
Мультиплексирование с разделением по длине волны (англ. WDM, Wavelength Division Multiplexing) предполагает передачу по одному оптическому волокну каналов на различных длинах волн. В основе технологии лежит факт того, что волны с разными длинами распространяются независимо друг от друга. Выделяют три основных типа спектрального уплотнения: WDM, CWDM и DWDM.
Основные применения
городские сети передачи данных
магистральные сети передачи данных
Мультиплексирование - технология разделения средств передачи данных между группой использующих их объектов. В результате мультиплексирования в одном физическом канале создается группа логических каналов. Различают временное и частотное мультиплексирования.
Временное мультиплексирование - метод мультиплексирования, при котором канал предоставляется всем системам по очереди независимо от наличия у них данные для передачи. Временное мультиплексирование предусматривает использование мультиплексора.
Инверсное мультиплексирование - объединение нескольких низкоскоростных каналов в один широкополосный канал для увеличения его пропускной способности.
Мультиплексирование с разделением по длине волн - в оптоволоконных технологиях - способ мультиплексирования, при котором свет с волнами разной длины передается по одному световоду.
Мультиплексор - устройство или программа, позволяющие передавать по одной коммуникационной линии одновременно несколько различных потоков данных.
Статистическое временное мультиплексирование - метод мультиплексирования, при котором канал представляется, по очереди только тем системам, которым способны немедленно начать передачу данных. Статистическое временное мультиплексирование предусматривает использование мультиплексора.
Частотное мультиплексирование - метод мультиплексирования, при котором полоса пропускания физического канала делится на ряд узких частотных полос.
Мультиплексирование - это технология уплотнения канала передачи данных, т. е. передача нескольких потоков (каналов) данных с меньшей скоростью (пропускной способностью) по одному каналу.
Виды мультиплексирования:
Мультиплексирование с разделением по частоте. Предполагает размещение в пределах полосы пропускания канала нескольких каналов с меньшей шириной. Наглядным примером может послужить радиовещание, где в пределах одного канала (радиоэфира) размещено множество радиоканалов на разных частотах (в разных частотных полосах).
Мультиплексирование с разделением по времени. Предполагает кадровую передачу данных, при этом переход с каналов меньшей ширины (пропускной способности) на каналы с большей освобождает резерв для передачи в пределах одного кадра большего объёма нескольких кадров меньшего.
Мультиплексирование с разделением по длине волны. Предполагает передачу по одному оптическому волокну каналов на различных длинах волн. В основе технологии лежит факт того, что волны с разными длинами распространяются независимо друг от друга.
Процесс объединения отдельных потоков или каналов в один логический поток данных таким образом, что они позднее могут быть восстановлены в прежнем виде без ошибок. Двумя наиболее широко используемыми технологиями мультиплексирования являются частотное разделение каналов, когда для передачи различных сигналов используются несущие с различной частотой, и временное разделение каналов, когда отдельные сигналы передаются в свои временные промежутки.
|
