INTERFEJSY SZEREGOWE:

1. Interfejs szeregowy RS-232. 2. Interfejs RS-485. 3. Interfejs I2C.

Interfejs szeregowy RS-232

do góry Pierwotnie interfejs RS-232 został opracowany w celu znormalizowania połączeń pomiędzy urządzeniami znakowymi w systemach komputerowych(drukarki, terminale itp.) Był stosowany w prostszych systemach pomiarowych. Zadecydowała o tym jego prostota, także fakt, że nawet najprostsze mikrokontrolery zwykle są wyposażone w tego typu interfejs. Wiele urządzeń automatyki również ma układy wyjściowe zgodne ze standardem RS-232. Interfejs ten umożliwia tworzenie systemu gwiazdowego, zawierającego kontroler systemu i przyłączone do niego samodzielne urządzenia, przy czym liczba tych urządzeń jest co najwyżej liczbie wejść typu RS-232 w kontrolerze. Zasadnicze właściwości systemu to: Transmisja danych asynchroniczna, szeregowa, dwukierunkowa; Maksymalna szybkość transmisji 19 200 bit/s i więcej; Dopuszczalna odległość pomiędzy sąsiednimi urządzeniami - 15 m. W pełnej konfiguracji na interfejs RS-232 składa się z 35 linii ogólnego przeznaczenia oraz 15 linii specjalnych. Do poprawnej pracy interfejsu nie wymaga się zainstalowania wszystkich linii, a jedynie tych które są konieczne do pracy danego urządzenia. Minimalna (i bardzo często stosowana) konfiguracja to tylko 3 linie(RxD - dane odbierane, TxD - Dane nadawane, GND - masa sygnałowa); pokazano ją na rysunku poniżej. Rys. 1 Uproszczone połączenie dla interfejsu RS-232.

RS 232 jest standardem do szeregowej transmisji danych, zdefiniowanym przez EIA (Elektronic Industries Association) i określa połączenie między terminalami DTE (Data Terminal Equipment), a sprzętem komunikacyjnym DCE (Data Communikations Equipment). Jeśliinterface jest połączeniem między mikrokomputerem, a urządzeniem peryferyjnym, to zwykle komputer jest DCE, a urządzenie peryferyjne jest DTE. Standard nie wprowadza ograniczeń na typ danych, kod bitu, sekwencje bitów, synchroniczność czy asynchroniczność trancmisji. Zaleca się aby odległość między komputerem, a peryfenalem nie była większa niż 15 m. Jedynce logicznej odpowiadają sygnały napięcia z zakresu -3 do ?25V. Zeru odpowiada napięcie większe niż + 3 V i mniejsze niż + 25V. Poziom od -3 do +3V nie został zdefiniowany. Szyna RS-232 zawiera max 25 linii. Dwie z nich są masą, cztery to linie danych, dwanaście przeznaczonych jest na sygnały sterujące, a trzy na sygnały czasowe. Opis linii, skrót mnemoniczny i numer końcówki przedstawia poniższe zestawienie:

1.  Masa ochronna 2.  TXD dane nadawane 3.  RXD dane odbierane 4.  RTS żądanie nadawania (włączenie nadajnika) 5.  RTS zwolnienie dla nadawania (gotowość nadawania) 6.  DSR gotowość danych (DCE) 7.  Masa (powrót) 8.  DCD detektor sygnału linii odbiorczej 9.  Zarezerwowane 10. Testowanie zbioru danych 11. Nieoznaczona 12. Wtórna DCD 13. Wtórne zwolnienie dla nadawania 14. Wtórnie nadawane dane 15. Impulsy synchronizacji sygnału nadajnika (źródło DCE) 16. Wtórnie odbierane dane 17. Impulsy synchronizacji sygnału odbiornika (źródło DCE) 18. Nieoznaczona 19. Wtórne żądanie nadawania 20. DTR terminal danych gotów (DTE) 21. Detektor jakości sygnału 22. Wskaźnik dzwonka (wywołanie stacji) 23. Selektor prędkości transmisji (źródło DTE/DCE) 24. Impulsy synchronizacji transmitowanego sygnału (źródło DTE) 25. Nieoznaczona

Sygnały te można podzielić na grupy:

DANE

TXD jest generowany przez DTE. Terminal podtrzymuje ten sygnał w stanie 1 podczas przerwy między znakami lub słowami gdy dane nie są transmitowane. Terminal nie powinien nadawać tego sygnału, dopóki sygnały: żądania nadawania, zerowanie, gotowość danych i gotowość nie przejdą w stan 1. RDX jest generowany przez DCE. Sygnał musi być utrzymany w stanie 1, ilekroć detektor sygnału linii odbiorczej jest wyłączony. W systemie półdupleksowym sygnał musi mieć wartość 1, gdy pojawi się żądanie nadawania RTS i na krótki przedział czasu przy przełączeniu, aby umożliwić dokończenie transmisji i opóźnić odbicia w linii transmisyjnej. Sygnały wtórnie nadawanych i odbieranych danych są równoważne sygnałom danych nadawanych i odbieranych.

SYGNAŁY STERUJĄCE

RTS, żądanie nadawania jest generowane przez DTE. W pracy jedno- lub dwukierunkowej włączenie tego sygnału utrzymuje DCE w trybie nadawczym. W pracy półdupleksowej, włączenie zezwala na nadawanie, zakazując odbioru, wyłączenie zezwala na tryb odbiorczy. Jeśli RTS został wyłączony, to nie może być włączony zanim nie zostanie wyłączony sygnał CTS. DCE nadaje sygnał CTS w odpowiedzi na włączenie sygnału gotowości danych DSR i żądania nadawania RTS. Żadne dane nie mogą być nadawane, jeśli CTS jest wyłączony. Status DCS jest reprezentowany przez sygnał gotowości DSR. Sygnał ten jest aktywny jeśli urządzenie przyłączone jest do kanału transmisyjnego i nie jest w trybie wybierania, testowania czy nadawania. Nie oznacza to, że kanał komunikacyjny jest już ustabilizowany, a tylko, że urządzenie lokalne jest gotowe. Jeśli przesyłanie danych jest zakończone, DCE podłącza się do sygnału DTR (terminal danych gotów). Jeśli sygnał ten jest wyłączony, DCE wyłącza się z kanału transmisyjnego. Stan włączenia wskaźnika dzwonka z DCE oznacza, że będzie odbierany sygnał dzwonienia (dla dalekopisów). Jeśli DCE odbierze sygnał, wówczas detektor sygnału linii odbiorczej DCD przechodzi w stan aktywny. DCD wyłącza się jeśli nie został odebrany żaden sygnał lub odebrany sygnał był nieodpowiedni. Detektor jakości sygnału jest aktywny jeśli nie ma powodu spodziewać się błędu w transmisji danych, a jest wyłączony jeśli prawdopodobieństwo błędu jest wysokie. DCE używa selektora sygnału danych do rozstrzygnięcia, która z dwóch porcji danych (w przypadku zbioru przesyłanego podwójnie) będzie wykorzystana. Stan wysoki sygnału oznacza wybranie porcji szybszej. Źródłem tego sygnału może być albo terminal albo DCE, nigdy oba jednocześnie.

SYGNAŁY CZASOWE

Element czasowy sygnału nadajnika (źródło DTE) jest wysyłany przez terminal, aby wskazać środek każdego transmitowanego bitu . Odpowiadający mu element czasowy sygnału nadajnika (źródło DCE), jest używany przez terminal do zmiany danych na linii nadawczej. Element czasowy sygnału odbiornika jest wysyłany przez DCE, aby zaznaczyć środek każdego bitu na linii odbiorczej

MASA

Masa ochronna może być podłączona do uziemienia. Masa (powrót) stanowi potencjał odniesienia dla wszystkich sygnałów interfejsu. Inicjacja komunikacji na magistrali RS232 wymaga wymiany szeregu sygnałów sterujących. Terminal wysyła żądanie nadawania. Jeśli DCE odpowiada sygnałem uwolnienia dla nadawania CTS, wówczas terminal ustawia w stan wysoki sygnał gotowości terminala DTR i utrzymuje go tak długo, jak długo są transmitowane dane.

WYMAGANIA ELEKTRYCZNE

Rezystancja obciążenia odbiornika musi zawierać się w granicach 3 do 7 kiloomów. Jego całkowita pojemność nie może być większa niż 2,5 nF. Obciążenie nie może mieć charakteru indukcyjnego. Impedancja źródła drivera linii musi być większa niż 300 om. Napięcie drivera musi być z przedziału - 25 do + 25V.

Interfejs RS-485:

do góry Istnieje również zmodyfikowana wersja interfejsu RS-232, oznaczona RS-485, w której jest możliwe równoległe łączenie wielu urządzeń do linii interfejsu, tak jak pokazano na rys 2. Dzięki wprowadzeniu symetrycznych i dopasowanych impedancyjnie linii transmisyjnych, możliwe jest uzyskanie szybkości transmisji do 10 Mb/s i odległości do 1200m (lecz nie jednocześnie). Rys. 2 Interfejs RS-485. Łącze tego interfejsu jest również symetryczne i zrównoważone, przy czy dopuszcza się nie tylko wiele odbiorników, ale i wiele nadajników podłączonych do jednej linii. Nadajniki muszą być trójstanowe, ponieważ w danym przedziale czasu może nadawać tylko jeden z nich, a pozostałe muszą być wyłączone. W czasie gdy nie odbywa się transmisja danych wszystkie nadajniki są wyłączone, w czasie transmisji jeden nadajnik określa stan linii a wszystkie odbiorniki mogą odbierać transmitowane dane. Standard dopuszcza dołączenie do linii do 32 nadajników i odbiorników (nazywanych tutaj jednostkowymi obciążeniami), istnieje możliwość przyłączenia do linii większej ilości urządzeń poprzez zastosowanie odpowiednich regeneratorów sygnału (powielaczy). Ograniczenie ilości urządzeń dołączonych do linii transmisyjnej wynika z dopuszczalnego obciążenia tej linii. Jednostkowym obciążeniem jest obwód który wprowadza obciążenie do 1 mA przy obecności napięcia wspólnego równego 12 V. Zatem w zależności od pobieranego natężenia prądu dany nadajnik lub odbiornik reprezentuje odpowiednią cześć lub wielokrotność jednostkowego obciążenia. W celu jednoznacznego określenia polaryzacji sygnału, poszczególne przewody linii transmisyjnej oznaczone są najczęściej jako "A" i "B" lub odpowiednio "+" i "-". Najczęściej stosowana jest konwencja, zgodnie z którą napięcie powyżej +200 mV na przewodzie "A" w odniesieniu do "B" oznacza stan "Space", co odpowiada polaryzacji bitu startu znaku transmitowanego asynchronicznie. Tak samo mierzone napięcie mniejsze od -200 mV odpowiada stanowi "Mark", czyli polaryzacji bitu stopu. Ze względu na histerezę odbiorników po wyłączeniu nadajnika, odbiornik pozostaje w stanie odpowiadającym napięciu na linii w momencie przed wyłączeniem nadajnika. Poszczególne przewody odpowiadają za następujące sygnały: 1 - masa (GND). 2 - masa (fused GND). 3 - masa (fused GND). 4 - dane nadawane/odbierane (TX/RX+). 5 - dane nadawane/odbierane (TX/RX-). 6 - nie używane. 7 - nie używane. 8 - dane nadawane/odbierane (TX/RX+). 9 - dane nadawane/odbierane (TX/RX+).

Interfejs I2C:

do góry Interfejs I2C jest stosowany głównie w programowalnych urządzeniach powszechnego użytku. Ze względu na liczne zalety znajduje również zastosowanie w systemach automatyki, głównie specjalizowanych i przyrządach pomiarowych sterowanych mikrokontrolerami Interfejs ten realizowany jest przez: Połączenie elektryczne poprzez specjalizowane układy wbudowane w mikrokontroler i inne elementy systemu lub obsługę programowo-sprzętową wykorzystującą uniwersalne wejścia-wyjścia binarne; magistrala interfejsu zawiera tylko dwie linie: SDA - linia danych i SCL - sygnał taktu. Zachowanie określonego protokołu transmisji danych zapewniającego transmisję dwukierunkową, arbitraż dostępu do linii danych i synchronizację transmisji szeregowej. Urządzenia w systemie dzieli się na nadajniki i odbiorniki oraz urządzenia typu master, inicjujące i prowadzące transmisję (generujące impulsy taktujące), typu slave, takie , które przekazują (nadają i odbierają) dane, nie generując przy tym impulsów taktujących. W systemie może znaleźć się kilka urządzeń typu master, lecz w danej chwili tylko jedno z nich może pełnić tą rolę, pozostałe mają wówczas status slave lub nie biorą udziału w transmisji. Aby zrealizować taki protokół transmisji danych, w standardzie I2C wprowadzono adresowanie wszystkich urządzeń (do 1024) i mechanizm arbitrażu dostępu do linii danych. Szybkość transmisji może osiągnąć 400 kB/s.

---