Протоколы обмена информацией в распределенных сетях управления, их виды (Физические протоколы RS-232, RS-485)
Работа последовательного интерфейса (порта) в синхронном режиме связана с определенными недостатками, главным из которых является необходимость тактовой согласованности передающего (ведущего) и принимающего (ведомого) микропроцессоров, что не всегда возможно.
Устранение этого недостатка возможно при использовании асинхронного принципа последовательной передачи данных, суть которого состоит в том, что в процессе передачи данных оба микропроцессорных устройства (ведущий и ведомый) осуществляют взаимопроверку состояния приемопередатчиков. В случае опережения в работе одного из этих микропроцессоров подается команда на прерывание (остановку) его работы или переключение его на другие программные операции до тех пор, пока смежный (медленный) микропроцессор не сравняется с ним по тактовым операциям в процессе передачи данных. В этом режиме оба микропроцессора могут работать на разной тактовой частоте, но обязательно с взаимопроверкой согласованности результата. Структура асинхронного, программируемого, последовательного интерфейса (порта) типа UART (Универсальный асинхронный ридер-транслятор) показана на рис.24.
Рис.24Структура асинхронного, программируемого, последовательного интерфейса (порта) типа UART.
В отличие от структуры последовательного интерфейса (порта), изображенной на рис.22. в этой структуре введено устройство логического управления портом, которое предназначено для контроля согласованности в работе двух смежных, последовательных портов (ведущего и ведомого). К этому устройству подключаются каналы контроля асинхронной связи с входными сигналами: DSR и DTR, RTS и CTS, которые перекрестно соединяются в двух микроконтроллерах по схеме, представленной на рис.25,а. Устройство управления UART содержит несколько регистров, позволяющих контролировать заполняемость регистров сдвига приемо-передатчика в процессе обмена данных. Если по запросу сигнала DTR будет подучен сигнал DSR нулевого уровня, свидетельствующий о неготовности к работе принимающего (ведомого) порта, то ведущий порт формирует команду OUT1 на прерывание работы своего микропроцессора по передаче данных.
Рис.25. Структура связи двух микропроцессорных систем по асинхронному варианту Работа этого микропроцессора переключается на выполнение других операций, не связанных передачей данных и возобновляется только тогда, когда принимающий порт будет готов к приему сигнала, т.е. только тогда, когда сигнал DSR достигнет единичного уровня. Данный способ последовательной передачи данных относится к физическому протоколу типа RS-232. Однако существуют и другие типы последовательных портов (интерфейсов) с физическими протоколами такими как: RS-422, RS-485, «токовая петля». Особенностью физического протокола (интерфейса) RS-485 является то, что для передачи информации по линии связи в последовательном коде для него нужно всего четыре (а иногда и два) провода типа «витая пара». При этом одна из этих пар используется для передачи информации, а другая – для подвода питания к микропроцессорным устройствам, соединенным линией связи. Схема соединения двух микроконтроллеров по интерфейсу RS-485 представлена рис.25,б. Последовательные порты интерфейса RS-485 работают только в асинхронном режиме и оснащаются соответствующей системой UART. Микропроцессорные системы различных производителей могут связываться между собой через асинхронные, последовательные порты различным образом. Многообразие схем соединения микропроцессорных систем через последовательные порты значительно усложняет задачу их объединения в единую автоматизированную систему. Для успешного решения этой проблемы были разработаны специальные стандарты такого объединения, которые были названы протоколами связи. Протоколом связи микропроцессорных систем через последовательные порты называется правила и соглашение между этими системами по способу передачи информации через их последовательные порты. Физический уровень этого протокола определяет количество проводов в шине соединения, способы стыковки шины с последовательным портом, номинальный уровень импульсных сигналов в шине, типы разъемов и кабелей. Сетевой уровень протокола определяет формат способа передачи данных, алгоритм управления последовательным интерфейсом. К числу современных протоколов последовательной связи относятся: CAN, Profibus, Modbus, Ethernet. Каждый из протоколов характеризуется определенным физическим интерфейсом, который может быть реализован в формате: RS-232, RS-422, RS-485, а также в формате «токовая петля». Последовательный физический интерфейс RS-232 – это промышленный стандарт для последовательной двунаправленной асинхронной передачи данных действующей на максимальном расстоянии до 20 м. Вследствие побитовой формы передачи данных по линии связи скорость этой передачи ограничена, поэтому устройства, обслуживающие последовательные (СОМ) порты по этому виду протокола постоянно контролируют процесс передачи данных. Скорость такой передачи измеряется в бодах (количество бит за 1 сек). Стандартные скорости равны 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600 и 19200 бод. Для передачи по каналу связи нулевого символа напряжение меняется в диапазоне от +3 до +12 В, а для единичного символа это напряжение меняется от – 3 до – 12 В. Приемо–передатчики связаны между собой кабелями со стандартными 25 или 9 штырьковыми разъемами по схеме, представленной на рис.25. IBM совместимый компьютер может иметь до четырех последовательных (СОМ) портов, выполненных на последовательных интерфейсах по протоколу RS-232.. Девяти штырьковые разъемы СОМ портов RS-232. имеют следующую нумерацию и назначение (Таблтца 12)
Таблица 12
Аналогично устроен асинхронный приемопередатчик UART по протоколу RS-485.
|
