Интерфейс RS-232. Физическая и логическая организация, контроллер UART.

Интерфейс RS-232 – стандартный интерфейс, предназначенный для последовательной двоичной передачи данных между терминальным (DTE, Data Terminal Equipment) и связным (DCE, Data Communications Equipment) оборудованием

Контроллеры последовательных интерфейсов ориентированы на решение

следующих задач:

• Связь встраиваемой микропроцессорной системы с системой

управления верхнего уровня: промышленным или офисным

компьютером, программируемым контроллером. Наиболее часто для

этих целей используют интерфейсы RS-232C, RS-422, USB, IrDA.

• Связь с внешними по отношению к микропроцессору периферийными

микросхемами (памяти EEPROM, часов реального времени (RTC) и

т.д.), а также с различными датчиками с последовательным цифровым

выходом. Для этих целей наиболее часто применяются интерфейсы SPI,

I2C, MicroWire, uLAN и другие.

• Интерфейс связи с локальной сетью в распределенных информационно-

управляющих системах. В этой сфере находят применение интерфейсы

RS-232C, RS-485, I2C, uLAN, CAN, Ethernet.

• Внутрисистемное программирование резидентной памяти программ

(OTPROM, EPROM, FLASH) или данных (EEPROM) у процессоров для

встраиваемых применений. Обычно для этого используется интерфейс

RS-232C (ADuC (Analog Devices), MB90Fxxx (Fujitsu), MSP430 (Texas

Instruments)) или SPI (AVR(Atmel)).

Среди контроллеров последовательного обмена стандартом «де-факто»

стал модуль универсального синхронно-асинхронного приемопередатчика

(Universal Synchronous/Asynchronous Receiver and Transmitter, USART). В

названии часто опускают слово «синхронный» и модуль не совсем корректно

именуется UART (чисто асинхронные приемопередатчики сейчас встречаются

достаточно редко).

Приемопередатчик – преобразователь уровня, как правило, выполненный в

интегральном исполнении.

Контроллер UART обычно содержит:

• Источник тактирования

• Входные и выходные сдвиговые регистры.

• Регистры управления приемом/передачей данных; чтением/записью.

• Буферы приема/передачи.

• Параллельная шина данных для буферов приема/передачи.

• FIFO буферы памяти (опционально).

Процессы приема и передачи в асинхронном режиме UART происходят

независимо. Таким образом, поддерживается дуплексный режим обмена.

Особенности программного обеспечения ВВС

Основные определения

Программное обеспечение – незафиксированная (soft – мягкий) часть

системы, которую можно изменить.

Операционная система реального времени (ОС РВ) – это средство

распределения и выделения ресурсов встроенной системы.

Программируемый логический контроллер (ПЛК, PLC) – контроллер,

программируемый конечным пользователем.В состав ПЛК

входит, как правило, процессорный модуль и несколько модулей ввода-вывода.

Особенности ПО ВВС

К особенностям программного обеспечения встроенных систем, как уже

говорилось, мы относим:

• Реальное время;

• Надёжность;

• Безопасность;

• Малые ресурсы аппаратуры (память, быстродействие, электропитание);

• Тяжелые условия эксплуатации платформы.

Программное обеспечение встроенных систем может быть построено

следующими способами:

• Специально под задачу (специализированное ПО);

• На базе операционной системы реального времени;

• На базе ОС общего назначения;

• На базе виртуальной машины программируемого логического

контроллера.

3. Назначение и особенности интерфейсов контроллерных сетей на примере RS-485 и I2C.

Интерфейс RS-485

RS-485 (Recommended Standard 485, Electronics Industries Association 485,

EIA-485) – стандарт передачи данных по двухпроводному полудуплексному

многоточечному последовательному каналу связи.

В стандарте RS-485 для передачи и приёма данных часто используется

единственная витая пара проводов. Передача данных осуществляется с

помощью дифференциальных сигналов.

На сегодняшний день, различные

расширения стандарта RS-485 охватывают широкое разнообразие приложений,

этот стандарт стал основой для создания целого семейства промышленных

сетей широко используемых в промышленной автоматизации.

RS-485 имеет следующие особенности:

• возможность объединения несимметричных и симметричных цепей,

• параметры качества сигнала, уровень искажений (%),

• методы доступа к линии связи,

• протокол обмена,

• аппаратную конфигурацию (среда обмена, кабель),

• типы соединителей, разъёмов, колодок, нумерацию контактов,

• качество источника питания (стабилизация, пульсация, допуск),

• отражения в длинных линиях.

Электрические и временные характеристики интерфейса RS-485:

• 32 приёмопередатчика при многоточечной конфигурации сети (на

одном сегменте, максимальная длина линии в пределах одного сегмента

сети: 1200 метров).

• Только один передатчик активный.

• Максимальное количество узлов в сети — 250 с учётом магистральных

усилителей.

Характеристика скорость обмена/длина линии связи (зависимость

экспоненциальная):

• 62, 5 кбит/с 1200 м (одна витая пара)

• 375 кбит/с 300 м (одна витая пара)

• 500 кбит/с

• 1000 кбит/с

• 2400 кбит/с 100 м (две витых пары)

• 10000 кбит/с 10 м

I2C.

I² C — последовательная шина данных для связи интегральных схем, использующая две двунаправленные линии связи (SDA и SCL). Используется для соединения низкоскоростных периферийных компонентов с материнской платой, встраиваемыми системами и мобильными телефонами.

I2C – это синхронная, последовательная шина обеспечивающая двухстороннюю передачу между подключенными устройствами по 2м сигнальным линиям. Шина ориентирована на 8-битные передачи. Передача данных может быть как одноадресной к выбранному устройству, так и широковещательной. Для выборки устройств используется 7-битная или 10-битная адресация. Уровни сигналов стандартные, совместимость с основными видами логики (TTL, KMO) как с традиционным питанием +5в так и низковольтный +3, 3в.

Протокол позволяет взаимодействовать на одной шине нескольким устройствам с различными скоростями.

В I2C определены 3 режима передачи:
1) Стандартный (до 100 кб/с)
2) Быстрый (до 400 кб/с)
3) Высокоскоростной (до 3, 4 мб/с)

I2C использует 2 сигнальные линии: линия данных SDA и линия синхронизации SCL. В обменах участвуют 2 устройства ведущее и ведомое. Инициатором обмена может выступать, как ведущее так и ведомое. Протокол допускает различия на шине нескольких ведущих устройств, имеет простой механизм арбитража.

Шина I2C очень удобна для обмена небольшими объемами данных, например для конфигурирования устройств.

Список возможных применений I² C:

• доступ к модулям памяти (RAM, EEPROM, Flash и др.);

• доступ к низкоскоростным ЦАП/АЦП;

• работа с часами реального времени (RTC);

• регулировка контрастности, насыщенности и цветового баланса

мониторов;

• управление интеллектуальными звукоизлучателем (динамиками);

• управление ЖКИ, в том числе в мобильных телефонах;

• чтение информации с датчиков мониторинга и диагностики

оборудования, например, термостат центрального процессора или

датчик скорости вращения вентилятора охлаждения процессора;

• информационный обмен между микроконтроллерами.