Wykład #3 Transmisja szeregowa
Przemysłowe Sieci informatyczne
Opracował dr inż. Jarosław Tarnawski
Plan wykładu
}ð Transmisja szeregowa i równolegÅ‚a
}ð Transmisja synchroniczna i asynchroniczna
}ð Simpleks, pół dupleks, peÅ‚ny dupleks
}ð Eliminowanie bledów
}ð RS232 opis i charakterystyka
}ð RS422
}ð RS485
}ð 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:
}ð DziesiÄ™tnie: 97
}ð Hexadecymalnie: 61
}ð Binarnie: 01100001
Transmisja szeregowa i równoległa
}ð Znak  a binarnie 01100001
97 dziesiętnie
MSB
LSB
Wagi bitów
MSB
0*27 + 1*26 + 1*25 + 0*24 + 0*23 + 0*22 + 0*21 + 1*20=97
MSB  (ang. Most Significant Bit) Najbardziej znaczÄ…cy bit  majÄ…cy
największą wagę
LSB  (ang. Least Significant Bit) Najmniej znaczÄ…cy bit  majÄ…cy
najmniejszÄ… wagÄ™
Transmisja szeregowa i równoległa
}ð Transmisja równolegÅ‚a - w jednej chwili przesyÅ‚ane sÄ…
wszystkie bity słowa, każdy innym kanałem transmisyjnym
(np. przewodem)
}ð Transmisja szeregowa  przesyÅ‚ane sÅ‚owo dzielone jest na
bity i wysyłana jest informacja bit po bicie jednym
kanałem transmisyjnym
Transmisja równoległa
}ð Znak  a binarnie MSB 01100001 LSB
0
N
O
1
N
O
1
N
O
0
N
O
0
Nadawca N Odbiorca
O
0
O
N
0
O
N
1
O
N
W jednej chwili przesyłane są wszystkie bity słowa, każdy
innym kanałem transmisyjnym
Transmisja szeregowa
Znak  a binarnie MSB 01100001 LSB
01100001
Nadawca N Odbiorca
O
przesyłane słowo dzielone jest na bity i wysyłana jest informacja bit po
bicie jednym kanałem transmisyjnym począwszy od LSB do MSB
Transmisja równoległa
}ð Zalety
}ð Duża szybkość przesyÅ‚ania danych (wszystkie bity przesyÅ‚ane sÄ…
jednocześnie)
}ð Prosta budowa ukÅ‚adów transmisji
}ð Wady
}ð Duży koszt Å‚Ä…czy (okablowanie) zwÅ‚aszcza przy dużych odlegÅ‚oÅ›ciach
}ð Na każdy bit sÅ‚owa potrzebna jest odrÄ™bny kanaÅ‚ transmisyjny i para
nadajnik odbiornik (modemy)
}ð zwielokrotniona wrażliwość na zakłócenia elektromagnetyczne
Transmisja szeregowa
}ð Wady
}ð Mniejsza prÄ™dkość transmisji
}ð ZÅ‚ożona budowa ukÅ‚adów nadawczo odbiorczych (realizujÄ…cych
podział i składanie słowa na/z bitów)
}ð Zalety
}ð Jeden kanaÅ‚ transmisyjny
}ð niski koszt okablowania
}ð mniejsza podatność na zakłócenia elektromagnetyczne
Powszechność transmisji szeregowej
}ð Praktycznie Å‚Ä…czność równolegÅ‚a nadaje siÄ™ do
zastosowania wyłącznie na niewielkie (kilka metrów)
odległości
(głównie nietypowe rzadkie zastosowania)
}ð Ze wzglÄ™du na niższy koszt, wiÄ™kszÄ… odporność na
zakłócenia i większy zasięg transmisja szeregowa jest
powszechnie wykorzystywana w zastosowaniach PSI a
także w technice komputerowej (np. USB)
Transmisja synchroniczna
Ma miejsce wtedy, gdy nadajnik i odbiornik taktowane są tym samym sygnałem
zegarowym przekazywanym pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem
Sygnał zegarowy
Wyjście Sygnału Wejście sygnału
zegarowego zegarowego
Odbiorca
Nadawca Sygnał danych
Wejście sygnału
Wyjście sygnału
danych
danych
01100001
Transmisja asynchroniczna
}ð Zegar nadajnika i odbiornika majÄ… tÄ… samÄ… czÄ™stotliwość a
sygnał zegarowy nie jest przesyłany pomiędzy
odbiornikiem i nadajnikiem. Zamiast tego każde
przesyłane słowo zawiera dodatkowe specjalne znaczniki
początku i końca słowa
S
S
t
t
o
a
p
r
Odbiorca
Nadawca
t
01100001
Transmisja asynchroniczna
}ð Wymaga:
}ð przesyÅ‚ania nadmiarowych bitów przesyÅ‚anych w każdym
słowie
}ð Zsychronizowania (nadania takich samych nastaw dotyczÄ…cych
prędkości transmisji, liczby bitów w słowie, liczby bitów stopu,
kontroli parzystości w nadajniku i odbiorniku)
}ð ZaletÄ… jest brak koniecznoÅ›ci przesyÅ‚ania sygnaÅ‚u
zegarowego  stąd ogromna popularność takiego
rozwiÄ…zania
Kontrola przesyłanych danych
Ze względu na potencjalne przekłamanie danych podczas
transmisji do wysyłanego asynchronicznie słowa dodaje
siÄ™ tzw. bity kontrolne
Mechanizm ten nazywany jest kontrolÄ…
parzystości/nieparzystości
Dodaje on kolejny bit do każdego wysyłanego słowa (kod
nadmiarowy)
Kontrola parzystości/nieparzystości
}ð Przy kontroli parzystoÅ›ci uzupeÅ‚niamy bit kontrolny tak,
aby liczba 1 w słowie była parzysta
p
a
r
z
y
S
s
S t
t
t o
o
a p
Å›
r
Nadawca
ć
Odbiorca
t
011000011
Rodzaje komunikacji
}ð Simpleks  w jednÄ… stronÄ™
N O
}ð Półdupleks  w obie strony niejednoczeÅ›nie
N
N
O
O
}ð Dupleks  w obie strony równoczeÅ›nie
N O
O N
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 urzÄ…dzeniem komunikacyjnym dla danych
DCE (Data Communication Equipment).
RS232C (sierpień 1969) ustalono ostateczny standard
}ð Przedmiotem standardu RS232C jest
}ð zestaw sygnałów i ich funkcje
}ð Elektryczne charakterystyki sygnałów
}ð Rodzaj zÅ‚Ä…czy
Oryginalne zastosowanie RS232C
DTE
Modem
RS232C
DCE
Sieć
telefoniczna
DTE
RS232C
Modem
DCE
Specyficzne połączenie nullmodem to umożliwia bezpośrednie połączenie dwóch
urządzeń DTE bez użycia modemów
Gniazda i wtyki w RS232C
DB9 DB25
Wtyk męski
Wtyk męski
gniazdo żeńskie
Gniazdo żeńskie
Sygnały w RS232C - DB25
NAZ
PIN OPIS
WA
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 Wskaz
nik 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 (z
ródło DCE)
16 S.RXD Wtórnie odbierane dane
17 RCK Impulsy synchronizacji sygnału odbiornika (z
ródło DCE)
18 LL
19 S.RTS Wtórne żądanie nadawania
20 DTR DTR terminal danych gotów (DTE)
21 RL Wskaz
nik jakości sygnału
22 RI Wskaz
nik dzwonka (wywołanie stacji)
23 DSR Selektor prędkości transmisji (z
ródło DTE/DCE)
24 XCK Impulsy synchronizacji transmitowanego sygnału (z
ródło DTE)
25 TI Test wskaz
nika
Sygnały w RS232C - DB9
PIN NAZWA OPIS
1 DCD Wskaz
nik 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 Wskaz
nik dzwonka (wywołanie stacji)
Sygnały w RS232C
Linie Danych
TxD  dane nadawane.
RxD  dane odbierane
Linie sterujÄ…ce
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 (obowiÄ…zuje logika ujemna)
Logiczne 1 -15Vd" U e" -3V
Logiczne 0 +3Vd" U d" +15V
Linie sterujÄ…ce (obowiÄ…zuje logika dodatnia)
Logiczne 1 +3Vd" U d" +15V
Logiczne 0 -15Vd" U d" -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
}ð W celu powiÄ™kszenia odlegÅ‚oÅ›ci transmisji dla RS232C
stosuje się tzw. pętlę prądową 20mA .
}ð Jest to ekpander RS232 zapewnia przekodowanie
sygnałów RXD, TXD na inny poziom/charakter sygnałów
np. optyczne.
RS422A
}ð W celu zapewnienia szybkiej transmisji na duże odlegÅ‚oÅ›ci
stosuje siÄ™ symetryzacjÄ™ Å‚Ä…cza 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.
}ð Typowym zastosowaniem RS422A jest nadawanie z
jednego nadajnika do wielu odbiorców (stacji
podrzędnych)
RS485
}ð Wprowadzony w 1983r jako rozwiniÄ™cie RS422A.
}ð A
ącze jest również symetryczne i zrównoważone przy
czym dopuszcza się stosowanie wielu odbiorników i wielu
nadajników.
}ð Nadajniki muszÄ… 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
niesymetryczna niesymetryczna różnicowa różnicowa
Rodzaj transmisji
1 odbiornik 10 odbiorników 10 odbiorników 32 odbiorniki
Liczba nadajników i
1 nadajnik 1 nadajnik 1 nadajnik 32 nadajniki
odbiorników
15 1200 1200 1200
Max. długość kabla [m]
20k 100k 10M 10M
Prędkość transmisji [bity/s]
USB
}ð Universal Serial Bus  uniwersalna magistrala szeregowa
}ð Cechy USB:
}ð  GorÄ…ce podÅ‚Ä…czanie urzÄ…dzeÅ„
}ð Jeden typ zÅ‚Ä…cza dla różnych urzÄ…dzeÅ„
}ð Duża liczba przyÅ‚Ä…czanych urzÄ…dzeÅ„
}ð Możliwość zasilania urzÄ…dzenia z portu USB
}ð Praca z dużymi prÄ™dkoÅ›ciami
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
}ð Szeregowe interfejsy cyfrowe, Wojchech Mielczarek,
Helion 1993
}ð Przewodnik po technice mikrokomputerowej, Krzysztof
Socha, Piotr Misiurewicz, Tomasz Kręglewski, WNT 1988
}ð www.usb.org