Przemysłowe Sieci informatyczne

Wykład #3 Transmisja szeregowa

Opracował dr inż. Jarosław Tarnawski

Plan wykładu



Transmisja szeregowa i równoległa



Transmisja synchroniczna i asynchroniczna



Simpleks, pół dupleks, pełny dupleks



Eliminowanie bledów



RS232 opis i charakterystyka



RS422



RS485



USB

Transmisja szeregowa i równoległa

Przesyłana informacja zwykle grupowana jest w słowo –

najczęściej bajt (8 bitów)

Do przesłania jest znak ‘a’ w kodzie ascii oznaczony:



Dziesiętnie: 97



Hexadecymalnie: 61



Binarnie: 01100001

Transmisja szeregowa i równoległa



Znak ‘a’

binarnie

01100001

97 dziesiętnie

0

*2

7

+

1

*2

6

+

1

*2

5

+

0

*2

4

+

0

*2

3

+

0

*2

2

+

0

*2

1

+

1

*2

0

=97

MSB – (ang. Most Significant Bit) Najbardziej znaczący bit – mający

największą wagę

LSB – (ang. Least Significant Bit) Najmniej znaczący bit – mający

najmniejszą wagę

MSB

LSB

Wagi bitów

MSB

Transmisja szeregowa i równoległa



Transmisja równoległa - w jednej chwili przesyłane są
wszystkie bity słowa, każdy innym kanałem transmisyjnym
(np. przewodem)



Transmisja szeregowa – przesyłane słowo dzielone jest na
bity i wysyłana jest informacja bit po bicie jednym
kanałem transmisyjnym

Transmisja równoległa



Znak ‘a’

binarnie

MSB

01100001

LSB

Nadawca

Odbiorca

0
1
1
0
0
0
0
1

W jednej chwili przesyłane są wszystkie bity słowa, każdy
innym kanałem transmisyjnym

N
N
N
N

N

N

N

N

O
O
O
O
O
O
O
O

Transmisja szeregowa

Nadawca

Odbiorca

01100001

Znak ‘a’

binarnie

MSB

01100001

LSB

przesyłane słowo dzielone jest na bity i wysyłana jest informacja bit po
bicie jednym kanałem transmisyjnym począwszy od LSB do MSB

N

O

Transmisja równoległa



Zalety



Duża szybkość przesyłania danych (wszystkie bity przesyłane są
jednocześnie)



Prosta budowa układów transmisji



Wady



Duży koszt łączy (okablowanie) zwłaszcza przy dużych odległościach



Na każdy bit słowa potrzebna jest odrębny kanał transmisyjny i para
nadajnik odbiornik (modemy)



zwielokrotniona wrażliwość na zakłócenia elektromagnetyczne

Transmisja szeregowa



Wady



Mniejsza prędkość transmisji



Złożona budowa układów nadawczo odbiorczych (realizujących
podział i składanie słowa na/z bitów)



Zalety



Jeden kanał transmisyjny



niski koszt okablowania



mniejsza podatność na zakłócenia elektromagnetyczne

Powszechność transmisji szeregowej



Praktycznie łączność równoległa nadaje się do
zastosowania wyłącznie na niewielkie (kilka metrów)
odległości
(głównie nietypowe rzadkie zastosowania)



Ze względu na niższy koszt, większą odporność na
zakłócenia i większy zasięg transmisja szeregowa jest
powszechnie wykorzystywana w zastosowaniach PSI a
także w technice komputerowej (np. USB)

01100001

Transmisja synchroniczna

Ma miejsce wtedy, gdy nadajnik i odbiornik taktowane są tym samym sygnałem
zegarowym przekazywanym pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem

Nadawca

Odbiorca

Sygnał zegarowy

Sygnał danych

Wyjście Sygnału

zegarowego

Wejście sygnału
zegarowego

Wyjście sygnału

danych

Wejście sygnału
danych

Transmisja asynchroniczna



Zegar nadajnika i odbiornika mają tą samą częstotliwość a
sygnał zegarowy nie jest przesyłany pomiędzy
odbiornikiem i nadajnikiem. Zamiast tego każde
przesyłane słowo zawiera dodatkowe specjalne znaczniki
początku i końca słowa

Nadawca

Odbiorca

S
t
a
r
t

S
t
o
p

01100001

Transmisja asynchroniczna



Wymaga:



przesyłania nadmiarowych bitów przesyłanych w każdym
słowie



Zsychronizowania (nadania takich samych nastaw dotyczących
prędkości transmisji, liczby bitów w słowie, liczby bitów stopu,
kontroli parzystości w nadajniku i odbiorniku)



Zaletą jest brak konieczności przesyłania sygnału
zegarowego – stąd ogromna popularność takiego
rozwiązania

Kontrola przesyłanych danych

Ze względu na potencjalne przekłamanie danych podczas

transmisji do wysyłanego asynchronicznie słowa dodaje
się tzw. bity kontrolne

Mechanizm ten nazywany jest kontrolą

parzystości/nieparzystości

Dodaje on kolejny bit do każdego wysyłanego słowa (kod

nadmiarowy)

Kontrola parzystości/nieparzystości



Przy kontroli parzystości uzupełniamy bit kontrolny tak,
aby liczba 1 w słowie była parzysta

Nadawca

Odbiorca

S
t
a
r
t

S
t
o
p

01100001

1

p
a
r
z
y
s
t
o
ś
ć

Rodzaje komunikacji



Simpleks – w jedną stronę



Półdupleks –

w obie strony niejednocześnie



Dupleks – w obie strony równocześnie

N

O

N
O

N
O

N

O

N
O

RS232 rys historyczny

RS232 (rok 1962) organizacja EIA (

Electronic Industries Association

)

ustanawia standard wymiany danych pomiędzy
urządzeniem końcowym dla danych DTE (Data Terminal
Equipment), a urządzeniem komunikacyjnym dla danych
DCE (Data Communication Equipment).

RS232C (sierpień 1969) ustalono ostateczny standard



Przedmiotem standardu RS232C jest



zestaw sygnałów i ich funkcje



Elektryczne charakterystyki sygnałów



Rodzaj złączy

Oryginalne zastosowanie RS232C

DTE

DTE

Modem

DCE

RS232C

RS232C

Sieć

telefoniczna

Modem

DCE

Specyficzne połączenie nullmodem to umożliwia bezpośrednie połączenie dwóch
urządzeń DTE bez użycia modemów

Gniazda i wtyki w RS232C

Wtyk męski

gniazdo żeńskie

Wtyk męski

Gniazdo żeńskie

DB9

DB25

Sygnały w RS232C - DB25

PIN

NAZ

WA

OPIS

1 GND Masa ochronna
2 TXD Dane nadawane
3 RXD Dane odbierane
4 RTS

Żądanie nadawania (włączenie nadajnika)

5 CTS

Zwolnienie dla nadawania (gotowość nadawania)

6 DSR

Gotowość danych (DCE)

7 GND Masa (powrót)
8 DCD Wskaźnik sygnału linii odbiorczej
9

Zarezerwowane

10

Testowanie zbioru danych

11 STF

Wybież kanał transmisji

12 S.CD Wtórna DCD

13 S.CTS Wtórne zwolnienie dla nadawania

14 S.TXD Wtórnie nadawane dane

15 TCK Impulsy synchronizacji sygnału nadajnika (źródło DCE)

16 S.RXD Wtórnie odbierane dane

17 RCK Impulsy synchronizacji sygnału odbiornika (źródło DCE)
18 LL

19 S.RTS Wtórne żądanie nadawania

20 DTR DTR terminal danych gotów (DTE)
21 RL

Wskaźnik jakości sygnału

22 RI

Wskaźnik dzwonka (wywołanie stacji)

23 DSR

Selektor prędkości transmisji (źródło DTE/DCE)

24 XCK Impulsy synchronizacji transmitowanego sygnału (źródło DTE)
25 TI

Test wskaźnika

Sygnały w RS232C - DB9

PIN NAZWA

OPIS

1

DCD

Wskaźnik sygnału linii odbiorczej

2

RXD

Dane odbierane

3

TXD

Dane nadawane

4

DTR

DTR terminal danych gotów (DTE)

5

GND

Masa ochronna

6

DSR

Gotowość danych (DCE)

7

RTS

Żądanie nadawania (włączenie nadajnika)

8

CTS

Zwolnienie dla nadawania (gotowość nadawania)

9

RI

Wskaźnik dzwonka (wywołanie stacji)

Sygnały w RS232C

Linie Danych

TxD – dane nadawane.
RxD – dane odbierane

Linie sterujące

RTS – żądanie nadawania danych zgłaszane przez terminal DTE
CTS – gotowość do nadawania zgłaszana przez modem DCE (przesyła
potwierdzenie odebrania
sygnału RTS)
DSR – gotowość modemu DCE do dalszej współpracy z DTE (aktywny
przez cały czas trwania
połączenia)
DTR – gotowość DTE do dalszej współpracy z DCE (aktywny przez cały
czas trwania
połączenia)
DCD – sygnał wykrycia przez modem fali nośnej (oznacza, że łączy się
on z innym modemem)

Linie masy:

SG – masa sygnałowa
PG – masa ochronna połączona z obudową urządzenia

Często stosowane połączenie

Polaczenie nullmodem do bezpośredniego łączenia urządzeń DTE

Zapewnia pełny dupleks z użyciem tylko trzech przewodów!

Skrosowane linie 2 (RXD) i 3 (TXD) oraz zwarte masy sygnałowe

Uwaga! połączenie z wykorzystaniem modemów będzie szczegółowo
zaprezentowane na następnym wykładzie

Sygnały elektryczne w RS232

Linie danych (obowiązuje logika ujemna)
Logiczne 1

-15V≤ U ≥ -3V

Logiczne 0

+3V≤ U ≤ +15V

Linie sterujące (obowiązuje logika dodatnia)
Logiczne 1

+3V≤ U ≤ +15V

Logiczne 0

-15V≤ U ≤ -3V

Rys przedstawia napięcia dla linii danych (logika ujemna)

Cechy RS232C

Umożliwia transmisję asynchoniczną i synchroniczną
Niesymetryczne przesyłanie danych – ogranicza
szybkość przesyłania danych i odległość, pozbawione
jest zabezpieczenia przed zakłóceniami
Dozwolona liczba urządzeń to 1 nadajnik 1 odbiornik
Odległość transmisji to około 15metrów

Pętla prądowa w RS232C



W celu powiększenia odległości transmisji dla RS232C
stosuje się tzw. pętlę prądową 20mA .



Jest to ekpander RS232 zapewnia przekodowanie
sygnałów RXD, TXD na inny poziom/charakter sygnałów
np. optyczne.

RS422A



W celu zapewnienia szybkiej transmisji na duże odległości
stosuje się symetryzację łącza czyli zastosowanie tylko
dwóch przewodów, które to przewody mają taką samą
impedancję do ziemi jak do innych przewodów
rezystorów wyrównujących (terminatory) oraz
różnicowych nadajników i odbiorników.



Typowym zastosowaniem RS422A jest nadawanie z
jednego nadajnika do wielu odbiorców (stacji
podrzędnych)

RS485



Wprowadzony w 1983r jako rozwinięcie RS422A.



Łącze jest również symetryczne i zrównoważone przy
czym dopuszcza się stosowanie wielu odbiorników i wielu
nadajników.



Nadajniki muszą być trójstanowe ponieważ w jednej
chwili może nadawać tylko jeden z nich a reszta musi być
wyłączona (w stanie wysokiej impedancji)

Porównanie interfesów szeregowych RS

RS232C

RS423A

RS422A

RS485

Rodzaj transmisji

niesymetryczna

niesymetryczna

różnicowa

różnicowa

Liczba nadajników i
odbiorników

1 odbiornik
1 nadajnik

10 odbiorników
1 nadajnik

10 odbiorników
1 nadajnik

32 odbiorniki
32 nadajniki

Max. długość kabla [m]

15

1200

1200

1200

Prędkość transmisji [bity/s]

20k

100k

10M

10M

USB



Universal Serial Bus – uniwersalna magistrala szeregowa



Cechy USB:



„Gorące” podłączanie urządzeń



Jeden typ złącza dla różnych urządzeń



Duża liczba przyłączanych urządzeń



Możliwość zasilania urządzenia z portu USB



Praca z dużymi prędkościami

USB 1.1: 1.5 lub 12 Mbit/s
USB 2.0: 1.5, 12 lub 480 Mbit/s
USB 3.0 do 4.8 Gbit/s

USB

USB - architektura

Bibliografia



Szeregowe interfejsy cyfrowe, Wojchech Mielczarek,
Helion 1993



Przewodnik po technice mikrokomputerowej, Krzysztof
Socha, Piotr Misiurewicz, Tomasz Kręglewski, WNT 1988



www.usb.org