Интерфейс ирпс

Когда источник или приемник информации удален от ЭВМ на значительное расстояние, применяется последовательная передача. Прежде чем начать последовательную передачу, необходимо выполнить преобразование данных из параллельной формы в последовательную.

Вначале данные загружаются в сдвиговый регистр. Содержимое регистра сдвигается на один разряд при поступлении каждого тактового импульса. Процесс преобразования данных из параллельной формы в последовательную представлен на рис. 3.2. При приеме необходимо выполнить действия, обратные по отношению к описанным выше. Данные вводятся бит за битом в сдвиговый регистр, затем из него в параллельной форме передаются в ЭВМ.

Рис. 3.2. Передача данных по линии последовательной передачи:

СД – сдвиговый регистр; СР – старший разряд; МР – младший разряд;

ГТИ – генератор тактовых импульсов

Устройство, обеспечивающее преобразование данных из параллельной формы в последовательную и обратное преобразование, называют универсальным асинхронным приемопередатчиком (УАПП). Приемопередатчик выполняет также функции контроля и управления. Он добавляет к каждому передаваемому символу стартовый бит и стоп-бит.

На рис. 3.3 изображено 8-битовое слово данных и показаны дополнительные биты. Стартовый бит всегда имеет значение логического «0», стоп-бит – логической «1».

Рис. 3.3. Слово данных с дополнительными битами

Скорость передачи данных принято измерять в бодах. Один бод равен одному биту в секунду. Например, скорость передачи 1200 бод означает, что за одну секунду будет передано 120 10-битовых символов: стартовый бит, 8 бит данных и стоп-бит.

Если при передаче данных применяется контроль на четность, то восьмому биту придается значение логического «0» или «1» так, чтобы в передаваемом 8-битовом слове данных было четное количество единиц. Иногда используется бит нечетности. В этом случае общее количество единиц в 8-битовом слове должно быть нечетным.

Сигналы в линии могут иметь различное представление. При передаче на небольшие расстояния в линии действуют уровни напряжения 3..5 В (RS-232).

При больших расстояниях (до 1,5 км) используют токовую петлю – импульсы постоянного тока 20 или 40 мА. В случае дуплексной связи (т. е. передачи информации как в прямом, так и в обратном направлении) используют четырехпроводную линию.

Асинхронная связь постоянным током (токовая петля) по четырехпроводной дуплексной линии носит название радиального последовательного интерфейса (ИРПС).

Упрощенная структурная схема УАПП приведена на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Структура УАПП

Универсальный асинхронный приемопередатчик состоит из трех секций: передачи, управления и приема. Секция передачи служит для преобразования данных из параллельной формы в последовательную. Байт данных поступает из ЭВМ в параллельной форме в регистр данных РД передатчика. После завершения передачи в линию предыдущего байта и освобождения выходного регистра байт данных переносится (также параллельно) в выходной сдвиговый регистр.

Здесь к нему добавляются служебные биты: стартовый, стоповый, бит четности. Полученное таким образом содержимое кадра многократно сдвигается в сторону младших битов, в результате чего на выходе концевого триггера регистра, связанного с передающей линией, последовательно появляются значения всех битов кадра.

Пока байт данных передается в линию, в РД передатчика может загружаться из ЭВМ следующий байт данных.

Секция приема работает аналогично. Биты, поступающие из линии, вдвигаются во входной сдвиговый регистр. После получения всего кадра из него убираются служебные биты, оставшаяся часть переносится параллельно в РД приемника, откуда по команде программы данные принимаются в ЭВМ.

В секции управления имеются регистры команд и состояний РКС (обычно два), с помощью которых программно устанавливаются характеристики УАПП и фиксируются ошибки приема данных.

Преобразования последовательных интерфейсов

Стандарт RS-232C описывает несимметричные передатчики и приемники. Интерфейс не обеспечивает гальванической развязки устройств. Логической единице соответствует напряжение на входе приемника в диапазоне –12...–3 В. Логическому нулю соответствует диапазон +3...+12 В.

На физическом уровне последовательный интерфейс имеет различные реализации, отличающиеся способом передачи электрических сигналов. Существует ряд международных стандартов, родственных RS-232C. На рис. 3.5 приведены схемы соединения их приемников и передатчиков, а также показаны ограничения на длину линии (L) и максимальную скорость передачи данных (V).

Несимметричные линии интерфейсов RS-232C и RS-423A имеют самую низкую защищенность от синфазной помехи, хотя дифференциальный вход приемника RS-423A несколько смягчает ситуацию. Лучшие параметры имеет двухточечный интерфейс RS-422A и его магистральный (шинный) аналог RS-485, работающие на симметричных линиях связи. В них для передачи каждого сигнала используются дифференциальные сигналы с отдельной (витой) парой проводов для каждой сигнальной цепи.

Рис. 3.5. Стандарты последовательных интерфейсов

Существуют последовательные интерфейсы, где информативен ток, протекающий по общей цепи передатчик-приемник – «токовая петля» (интерфейс ИРПС). В ИРПС электрическим сигналом является не уровень напряжения относительно общего провода, а ток в двухпроводной линии, соединяющей приемник и передатчик (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Интерфейс по току

Логической единице соответствует ток 20 мА, а логическому нулю – отсутствие тока. Такое представление сигналов позволяет обнаружить обрыв линии – приемник заметит отсутствие стоп-бита.

Токовая петля обычно предполагает гальваническую развязку входных цепей приемника от схемы устройства. Источником тока в петле является передатчик (этот вариант называют активным передатчиком). Возможно и питание от приемника (активный приемник), при этом выходной ключ передатчика может быть также гальванически развязан с остальной схемой передатчика. Токовая петля с гальванической развязкой позволяет передавать сигналы на расстояния до нескольких километров.