Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электронные средства сбора и обработки информации. Учебное пособие
.pdf
и неэффективный. Количество портов в каждом устройстве должно быть
достаточным для связи с остальными устройствами.
Рис. 2.2. Полносвязная топология
Полносвязные топологии применяются редко, так как это экономиче-
ски не выгодно. Чаще этот вид топологии используется в системах, где
критична скорость передачи информации и используется небольшое количество устройств.
2.2.3. Ячеистая топология
В случае удаления из полносвязной топологии некоторых возможных
связей получается ячеистая топология (рис. 2.3). В системе с ячеистой топологией физически связываются только устройства с максимально интенсивным обменом данными.
Рис. 2.3. Ячеистая топология
Остальные устройства не имеют прямой связи между собой, и обмен
данными между этими устройствами осуществляется при помощи транзитных передач через промежуточные узлы. Ячеистая топология допускает соединение большого количества устройств и характерна, как правило,
для глобальных сетей.
21
2.2.4. Топология «общая шина»
Эта типология (рис. 2.4) одна из самых распространенных. В ней
устройства подключаются к одной линии связи по схеме «монтажного
ИЛИ». Применение топологии «общая шина» снижает стоимость соединений, унифицирует подключение различных модулей, обеспечивает возможность почти мгновенного обращения ко всем устройствам. К основным преимуществам этой топологии можно отнести малую стоимость и
простоту разводки электрических соединений.
Рис. 2.4. Топология «общая шина»
Одним из недостатков является ее невысокая производительность.
Это связано с тем, что в каждый момент времени только одно устройство
может передавать данные, а остальные устройства в это время работают
на прием. Поэтому пропускная способность канала связи всегда делится
здесь между всеми узлами. Другим недостатком общей шины является ее
низкая надежность из-за того, что неисправность кабеля или приемопередатчика может полностью вывести из строя всю систему.
2.2.5. Топология «звезда»
Топология «звезда» показана на рис. 2.5, а. В этой топологии каждое
устройство соединено отдельной линией связи с центральным узлом (концентратором). Центральный узел позволяет перенаправлять передаваемую
информацию к одному или нескольким устройствам системы. Основное
преимущество этой топологии перед топологией «общая шина» – большая
надежность. Неисправность линии связи касается лишь того устройства,
к которому эта линия связи подключена, и только неисправность центрального узла может вывести из строя всю систему. Кроме того, центральный узел может обеспечивать интеллектуальную фильтрацию информации, поступающей от узлов, и в случае необходимости блокировать
передачи, запрещенные администратором.
22
а
б
Рис. 2.5. Топологии: а – звезда; б – иерархическая звезда
Основными недостатками этой топологии являются более высокая
стоимость системы из-за необходимости установки концентратора и ограниченные возможности по наращиванию количества узлов, связанные с
количеством портов центрального узла. Одной из разновидностей топологии «звезда» является топология «иерархическая звезда» (рис. 2.5, б).
2.2.6. Топология «кольцо»
В сетях с кольцевой конфигурацией (рис. 2.6) данные передаются по
кольцу от одного устройства к другому, как правило, в одном направлении. Если устройство распознает данные, предназначенные ему, то оно
копирует их себе во внутренний буфер и отправляет маркер источнику о
принятии данных.
Рис. 2.6. Топология «кольцо»
В топологии «кольцо» принимаются специальные меры, позволяю-
щие в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции прервать канал связи между остальными станциями. В этой топологии данные передаются в одну сторону и, сделав полный оборот, возвращаются к
узлу-источнику. Это дает возможность осуществлять контроль процесса
доставки данных адресату, а также тестировать целостность сети и выпол-
23
нять поиск узла, работающего некорректно. Для поиска некорректно работающего узла в сеть посылаются специальные тестовые сообщения.
2.3. СПОСОБЫ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ПЕРЕДАЧИ
Последовательная передача данных может осуществляться в двух режимах: асинхронном или синхронном. В асинхронном режиме каждому переданному слову предшествует старт-бит, который сигнализирует приемнику о начале посылки. После старт-бита передаются биты данных, а также
бит четности (может отсутствовать). Посылка завершается стоп-битом, который предназначен для создания паузы между посылками (рис. 2.7). Стартбит следующего слова может посылаться в любой момент после стоп-бита,
то есть имеется возможность передавать данные с паузой произвольной длительности. Старт- и стоп-биты всегда имеют строго определенные значения.
Старт-бит всегда имеет значение логического нуля, а стоп-бит – логической
единицы. Это позволяет обеспечивать синхронизацию приемника по сигналу от передатчика.
Приемник и передатчик должны работать на одной скорости обмена
данными. Генератор синхронизации, находящийся внутри приемника, использует счетчик-делитель опорной частоты, который обнуляется в момент приема начала старт-бита. Этот счетчик предназначен для генерации
внутренних стробирующих импульсов, по которым приемник фиксирует
последующие принимаемые биты. Стробирующие импульсы должны располагаться в середине битовых интервалов. Это позволяет корректно принимать данные даже при незначительном (не более 5 %) рассогласовании
скоростей приемника и передатчика.
Рис. 2.7. Формат асинхронной передачи
24
Формат асинхронной передачи имеет такую структуру для того, что-
бы была возможность выявлять ошибки передачи. Например, если должен
быть принят стоп-бит, а по стробу стоп-бита обнаружен уровень логического нуля, стоп-бит считается неправильно принятым и приемник фиксирует ошибку передачи и игнорирует принятое слово, не сообщая устройству об ошибке. Ошибка старт-бита возникает в случае обнаружения
уровня логической единицы во время, отведенное под старт-бит.
Использование контроля четности позволяет повысить достоверность
передачи данных. Для этого в посылку после битов данных вставляется
контрольный бит четности. Этот бит дополняет количество битов, равных
логической единице, до четного или нечетного числа в зависимости от
принятого соглашения. Прием байта с неверным значением контрольного
бита приводит к фиксации ошибки.
Для асинхронного режима принят ряд стандартных скоростей обмена:
50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19 200, 38 400, 57 600 и
115 200 бит/с.
В кадре количество бит данных может составлять 5, 6, 7 или 8 (5- и
6-битные форматы распространены незначительно). Количество стоп-бит
может быть 1, 1,5 или 2 (полтора бита означает только длительность стопового интервала).
В синхронном режиме передачи посылка имеет совершенно другую
структуру. В этом режиме посылка начинается с синхробайта, имеющего
уникальное значение. После передачи синхробайта передается поток информационных бит без вставки служебных битов, например старт- и
стоп-битов. Если у передатчика отсутствуют данные для передачи, то вместо информационных бит непрерывно передаются байты синхронизации.
Синхронный режим чаще всего используют при передаче больших массивов данных, так как в посылке отсутствуют дополнительные служебные
биты. Однако в синхронном режиме требуется решать проблемы синхронизации, поскольку даже малое отклонение частот приведет к искажению
принимаемых данных. Часто проблема синхронизации решается с помощью внешней синхронизации приемника с передатчиком, сигналы которой передаются по отдельной линии.
Внешняя синхронизация достигается либо с помощью отдельной линии для передачи сигнала синхронизации, либо с использованием само-
25
синхронизирующего кодирования данных, при котором на стороне приемника из принятого сигнала могут быть выделены импульсы синхронизации.
2.4. ИНТЕРФЕЙС RS-232C
Интерфейс RS-232C был разработан для подключения приемопере-
дающей аппаратуры. В роли аппаратуры передачи данных (АПД) чаще
всего выступает компьютер, принтер или другое периферийное оборудование. В роли аппаратуры каналов данных (АКД) чаще всего выступает
модем. Конечной целью подключения является соединение двух
устройств АПД. Полная схема соединения показана на рис. 2.8.
Рис. 2.8. Полная схема соединения АПД
Интерфейс RS-232C также позволяет исключить канал удаленной
связи вместе с парой устройств АКД, соединив устройства непосредственно с помощью нуль-модемного кабеля (линковщика). Это подключение показано на рис. 2.9.
Рис. 2.9. Нуль-модемная схема соединения АПД
Интерфейс RS-232C является последовательным асинхронным интерфейсом, подключение устройств осуществляется по топологии «точкаточка». В стандарте описываются управляющие сигналы интерфейса, формат пересылаемых данных, электрический интерфейс и типы разъемов.
В интерфейсе RS-232C используются несимметричные приемники и
передатчики, так как сигнал передается относительно общего провода
26
(схемной земли). Гальваническая развязка в интерфейсе RS-232C
не предусмотрена.
Напряжение на входе приемника в диапазоне –12…–3 В соответствует
логической единице, а в диапазоне +3…+12 В – логическому нулю. Диапазон в пределах –3…+3В является зоной нечувствительности (рис. 2.10).
Рис. 2.10. Уровни сигналов RS-232C
Уровни сигналов на выходах передатчиков должны быть в диапазоне
–12…–5 В для представления логической единицы и +5…+12 В для представления логического нуля. Для корректного восприятия сигналов разность потенциалов между схемными землями соединяемых устройств не
должна превышать 2 В.
При использовании интерфейса RS-232C необходимо заземлять соединяемые устройства, если они оба питаются от сети переменного тока и
имеют сетевые фильтры.
Отключение и подключение устройств к интерфейсу RS-232C необходимо производить при отключенном питании.
Существуют специальные буферные микросхемы приемников интерфейса RS-232C, которые при несоблюдении правил заземления и комму-
27
тации обычно первыми выходят из строя. Для быстрой замены их часто
Номер контакта
Обозначение
DB-25S
DB-9S
7 5 SG - Сигнальная земля
2 3 TxD
O
Выход передатчика
3 2 RxD
I
Вход приемника
4 7 RTS
O
Выход запроса передачи данных
5 8 CTS
I
Вход разрешения терминалу пере-
6 6 DSR
I
Вход сигнала готовности от аппа-
20 4 DTR
O
Выход сигнала готовности терми-
8 1 DCD
I
Вход сигнала обнаружения несу-
22 9 RI
I
Вход индикатора вызова
устанавливают в панельки.
На аппаратуре передачи данных (в том числе на СОМ-портах компьютера) обычно устанавливают вилки (DB-9P или DB-25P), а на аппаратуре
каналов данных (модемах) чаще всего устанавливают розетки (DB-9S или
DB-25S). Это позволяет подключать разъемы АКД к разъемам АПД непосредственно через переходные кабели с розеткой и вилкой, у которых
контакты соединены «один в один». Переходные кабели могут являться и
переходниками с 9- на 25-штырьковые разъемы.
Если аппаратура АПД соединяется без модемов, то разъемы устройств
(вилки) соединяются между собой нуль-модемным кабелем (Zero-modem
или Z-modem), имеющим на обоих концах розетки, контакты которых соединяются перекрестно.
В табл. 2.1 приведено назначение контактов разъемов СОМ-портов
(и любой другой аппаратуры АПД).
цепи
Таблица 2.1
Направление Расшифровка
давать данные
ратуры передачи данных
нала к обмену данными
щей у удаленного модема
Контакты разъема DB-25S определены стандартом EIA/TIA-232-E,
разъем DB-9S описан стандартом EIA/ TIA-574. В настоящее время разъем
DB-25S практически не встречается.
28
2.5. ИНТЕРФЕЙСЫ RS-485 И RS-422
Интерфейсы RS-485 и RS-422 являются одними из наиболее распро-
страненных интерфейсов, которые используются на производстве.
Построенная на этих интерфейсах сеть представляет собой приемопередатчики, соединенные между собой витой парой. В отличие от интерфейса RS-232C в основе интерфейсов RS-485 и RS-422 лежит принцип дифференциальной передачи данных, что позволяет улучшить помехозащищенность. Суть дифференциальной передачи данных заключается в том, что по
одному проводу (условно A) идет оригинальный сигнал, а по другому
(условно B) – его инверсная копия. То есть если на одном проводе передается логическая "1", то на другом – логический "0", и наоборот. Таким образом, между двумя проводами витой пары всегда есть разность потенциалов: при "1" она положительна, при "0" – отрицательна (рис. 2.11).
Рис. 2.11. Дифференциальная передача данных
При этом приемник воспринимает именно разность потенциалов линий А и В. Такой способ передачи обеспечивает высокую устойчивость
к синфазной помехе. Синфазной называется помеха, одинаково действующая на оба провода линии. Например, проходящая через участок линии
связи электромагнитная волна наводит в обоих проводниках потенциал.
При передаче сигнала потенциалом в одном проводе относительно общего, как, например, в интерфейсе RS-232, наводка на сигнальном проводе
может исказить передаваемую информацию. При дифференциальной передаче в случае синфазной помехи искажение не происходит, так как если
два перевитых провода пролегают близко друг к другу, то наводка на оба
29
провода в большинстве случаев одинакова, то есть синфазная (рис. 2.12).
ацию в каждый момент времени может только одно ус
Потенциал в обоих проводах при их одинаковой нагрузке будет изменяться одинаково, при этом разность потенциалов между проводниками остается без изменений.
Рис. 2.12. Дифференциальная передача данных с синфазной помехой
Интерфейс RS-485 является полудуплексным интерфейсом, то есть пе-
редавать информ
-
тройство. В сети, основанной на интерфейсе RS-485, может быть до 32
приемников и передатчиков, при этом передатчики должны иметь возможность переключаться в высокоимпедансное состояние в режиме приема.
Интерфейс RS-422 является полнодуплексным интерфейсом, то есть
возможен одновременный прием и передача информации, так как сигналы
на прием и передачу идут по двум отдельным парам проводов. Каждая пара проводов может иметь только один передатчик, который подключается
к нескольким приемникам.
Для интерфейсов RS-485 и RS-422 выпускаются специальные буферные микросхемы приемопередатчиков (рис. 2.13).
Вход передатчика (DI) подключается к порту асинхронного передатчика микроконтроллера (TX), а выход приемника (RO) подключается
к порту асинхронного приемника микроконтроллера (RX). У буферной
микросхемы передатчика RS-485 имеются входы разрешения приема (RE)
и передачи (DE), поскольку вход приемника и выход передатчика соединены. Так как вход разрешения работы приемника инверсный, то его
можно соединить с входом разрешения работы передатчика и выполнять
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]