Иванов Ю.И., Югай В.Я. Интерфейсы средств автоматизации

Подождите немного. Документ загружается.

Для больших значений входного напряжения наилучшим образом подхо-

дит XTR110. Схема включения этого преобразователя приведена на рис.

1.12, в данной схеме диапазон изменения входного напряжения увеличен до

10 В.

Рис. 1.13. Преобразователь напряжение-ток повышенной мощности

(напряжение 0-10 В, ток 0-10 А).

Еще одной особенностью микросхемы XTR110 является то, что на ее ос-

нове можно построить мощный преобразователь напряжение-ток с однопо-

лярным (рис. 1.13) или двуполярным выходом. Обратная связь по выходному

току преобразователя (рис. 1.13) обеспечивается внешним резистором R

EXT

сопротивление этого резистора определяет уровень выходного тока. Для ука-

занных на схеме (рис. 1.13) параметров выходной ток 10 А при входном на-

пряжении 10 В. Необходимо учитывать, что мощность, рассеиваемая на вы-

ходном МОП-транзисторе, может превышать 200 Вт.

1.2. Интерфейс RS-232 (UART)

Интерфейс RS-232 (стандарт EIA) был создан для сопряжения персональ-

ного компьютера (PC) и аппаратуры передачи данных (модема) с использо-

ванием синхронно-асинхронного режима передачи на расстояние до несколь-

ких метров [1-3]. Стандарт предусматривает два типа разъемов DB25 и DB9 с

8 сигналами. Данные передаются по 2 независимым цепям RxD, TxD прие-

мопередатчиков интерфейса (UART1, UART2 на рис. 1.14) и позволяют ис

пользовать дуплексный режим обмена, остальные 6 сигналов предназначены

для управления обменом данных. В современных реализациях интерфейса

эти сигналы не используются, предполагается постоянная готовность прие-

мопередатчиков к обмену данными (интерфейс UART). Применяемые алго-

ритмы управления вместо формирования управляющих сигналов производят

передачу управляющих сообщений вместе с основными данными через сиг-

нальные цепи RxD, TxD.

Рис. 1.14. Интерфейс

RS232

Для функций управления и контроля данных можно использовать алго-

ритмы и средства стандартных протоколов канального уровня. Эти алгорит-

мы управления и контроля реализуются как дополнение к интерфейсу UART,

используя его стандартный, обычно однобайтовый, формат отдельного со-

общения. Инициализация с выбором параметров и режимов должна произ-

водиться перед началом работы, каких-

либо средств автоматической инициа-

лизации интерфейс не содержит.

В настоящее время интерфейс применяется как средство физического

уровня в интерфейсах "точка-точка" с невысокой скоростью передачи дан-

ных 2,4 – 115,2 кбит/с. Наиболее часто используется асинхронный режим с

форматом отдельного сообщения: стартовый бит – 5-8 бит данных – стопо-

вый бит (UART-кадр). Стартовый и стоповый биты

отмечают начало и конец

UART1 UART2

Сигналы

управления

RxD

TxD TxD

Данные

GND GND

сообщения и позволяют обеспечить синхронизацию приемопередатчиков и

контроль длины сообщения; стартовый бит – сигнал логического нуля в те-

чение 1 такта, а стоповый бит – сигнал логической единицы.

Дуплексный режим передачи данных предполагает независимость работы

приемника и передатчика интерфейса. Поэтому они содержат независимые

схемы управления и регистры данных. Обычно запись байта данных в

ре-

гистр передатчика приводит к старту процедуры передачи UART-кадра, а за-

вершение приема UART-кадра формирует сигнал готовности байта данных к

считыванию из регистра приемника.

Из-за несложных алгоритмов управления, универсальности и возможно-

сти дуплексного обмена данными интерфейс UART широко применяется как

стандартный последовательный интерфейс связи между различными техни-

ческими средствами автоматизации

. Например, микроконтроллеры семейств

AVR, PIC и многие другие содержат встроенные средства аппаратной реали-

зации интерфейса UART, через которые могут быть подключены внешние

устройств, обеспечивающие поддержку других современных интерфейсов

LVDS, 1-W, IrDA, RS-485, CAN и т.п.

Если применяемые технические средства не содержат встроенного интер-

фейса UART, можно использовать специальные микросхемы UART. Эти

микросхемы (рис. 1.15) преобразуют параллельный формат данных в

после-

довательный, обеспечивают хранение данных в буферных запоминающих

устройствах, формируют необходимые сигналы управления интерфейса, за-

просы прерываний для обработки данных передаваемых интерфейсом и т.п.

Компания EXAR [www.exar.com] является признанным лидером в области

производства микросхем UART.

Рис. 1.15. Передача данных с помощью микросхем UART

Некоторые характеристики и особенности микросхем UART этой фирмы

приведены на рис

. 1.16.

Рис. 1.16. Классификация микросхем UART фирмы EXAR

Самым простым среди 8-разрядных UART является микросхема

ST16C450 (рис. 1.17).

Рис. 1.17. Структурная схема ST16C450

Это устройство полностью совместимо с промышленным стандартом

16450 и обладает следующими свойствами:

• раздельное управление приемом и передачей;

• программно управляемая скорость передачи (от 50 бит/с до 1.5 Мбит/с);

• сигналы управления модемом (CTS, RTS, DSR, DTR, RI и CD);

• программируемая длина передаваемых

символов (5, 6, 7 и 8 бит);

• генерация и обнаружение битов четности;

• низкий потребляемый ток – 1.2 мА.

Кроме традиционных UART с 8-разрядной параллельной шиной, фирма

EXAR производит 32-разрядные UART для работы с шиной PCA. Внутрен-

ние буферы FIFO предназначены для разгрузки процессорного ядра и позво-

ляют уменьшить число прерываний для обслуживания UART. Например,

микросхема UART типа XR16C85x с объемом FIFO 128 байт может накапли-

вать в буфере целую страницу данных, увеличивая длительность передачи

без прерываний CPU.

Ранее

было отмечено, что интерфейс RS-232 предусматривает примене-

ние двух типов разъемов: DB9 и DB25. Назначение контактов разъемов при-

ведено в табл. 1.2.

Таблица 1.2

№ контакта

DB9

№ контакта

DB25

Обозна-

чение

Назначение

1 8 DCD Детектор сигнала с линии (несущей)

2 3 RD Прием данных

3 2 TD Передача данных

4 20 DTR Готовность терминала

5 7 SG Сигнальное заземление

6 6 DSR Готовность данных

7 4 RTS Запрос передачи

8 5 CTS Готовность к передаче

9 22 RI Индикатор вызова

Достаточно часто сигналы интерфейса формируются со стандартными ло-

гическими уровнями (0-5 В), а по протоколу RS-232 уровни напряжений со-

ставляют ±12 В. Приемопередатчики для преобразования физических уров-

ней сигналов интерфейса UART, называемые драйверами COM-порта, вы-

пускаются многими производителями интегральных микросхем. Отличаются

микросхемы числом приемников и передатчиков, питающими напряжения-

ми, потребляемой мощностью, максимальной скоростью передачи

, а также

наличием встроенных конденсаторов и некоторыми другими параметрами.

Лидерами по производству микросхем в этой области являются фирмы

Maxim [www.maxim-ic.com] и Analog Devices. Перечень микросхем RS-232

Line Driver/Receivers, выпускаемых фирмой Maxim, состоит из 150 наимено-

ваний, фрагмент перечня приведен в табл. 1.3. Аналогичный перечень для

Analog Devices приведен в табл. 1.4.

В стандартных применениях интерфейс RS-232 используется для соеди-

нения двух

устройств. Одно из этих устройств является передатчиком, а дру-

гое – приемником. В этой связи сигналы линии связи RS-232 приемником и

передатчиком формируются и обрабатываются по-разному.

Табли

а 1.3

Таблица 1.4

Тип

Скорость

(кбит/с)

Tx Rx

Режим энерго-

сбереже-ния

Состояние RxD

Конденсаторы

Напряжение пита

ния (В)

Ток потребле-

ния (мА)

ADM560 116 4 5 Yes 2 4 3.3 3

ADM561 116 4 5 Yes 0 4 3.3 3

ADM5170 116 8 0 Yes 0 0 ±10 36

ADM202 120 2 2 No n/a 4 5 6

ADM203 120 2 2 No n/a 0 5 6

ADM231L 120 2 2 No n/a 2

+5 &

+12

ADM232L 120s 2 2 No n/a 4 5 13

ADM233L 120 2 2 No n/a 0 5 13

ADM209 120 3 5 No n/a 2

+5 &

+12

ADM239L 120 3 5 No n/a 2

+5 &

+12

ADM234L 120 4 0 No n/a 4 5 13

ADM206 120 4 3 Yes 0 4 5 13

ADM236L 120 4 3 Yes 0 4 5 13

ADM208 120 4 4 No n/a 4 5 13

ADM238L 120 4 4 No n/a 4 5 13

ADM211 120 4 5 Yes 0 4 5 13

ADM213 120 4 5 Yes 2 4 5 13

ADM241L 120 4 5 Yes 0 4 5 13

ADM207 120 5 3 No n/a 4 5 13

ADM237L 120 5 3 No n/a 4 5 13

ADM5180 200 0 8 No n/a 0 5 5

ADM222 200 2 2 Yes 0 4 5 8

ADM232A 200 2 2 No n/a 4 5 8

ADM242 200 2 2 Yes 2 4 5 8

ADM1181A 230 2 2 No n/a 4 5 6

ADM202E 230 2 2 No n/a 4 5 6

ADM206E 230 4 3 Yes 0 4 5 13

ADM208E 230 4 4 No n/a 4 5 13

Окончание табл. 1.4

Тип

Скорость

(кбит/с)

Tx Rx

Режим энерго-

сбереже-ния

Состояние RxD

Конденсаторы

Напряжение пита-

ния (В)

Ток потребле-

ния (мА)

ADM211E 230 4 5 Yes 0 4 5 13

ADM213E 230 4 5 Yes 2 4 5 13

ADM207E 230 5 3 No n/a 4 5 13

ADM101E 460s 1 1 Yes 1 2 5 1

ADM1385 460 2 2 Yes 2 4 3.3 3

ADM3202 460 2 2 No n/a 4 3.3 2.1

ADM3222 460 2 2 Yes 2 4 3.3 3

ADM3312E 460 3 3 Yes 1 5 2.7 1

ADM3310E 460 3 5 Yes 2 5 2.7 0.85

ADM3311E 460 3 5 Yes 1 5 2.7 1

ADM3315E 460s 3 3 Yes 1 5 2.7 0.85

ADM2209E 920 6 10 Yes 2 2

+3.3 &

+12

ADM3307E 1000 5 3 Yes 1 5 2.7 1.5

AD7306 5000 3 2 No n/a 4 5 15

Устройство-передатчик (например, компьютер) в системе передачи дан-

ных принято называть оконечным оборудованием данных или DTE (Data

Terminal Equipment), а приемник (например, модем) – устройством аппарату-

ры передачи данных или DCE (Data Communication Equipment). Направление

передачи сигналов между DTE и DCE показано в табл. 1.5.

Как видно из табл. 1.5, каждый сигнал выходной для одного устройства и

входной – для другого. Например, для

DTE-устройства сигнал передаваемых

данных TD является выходным, а для DCE-устройства сигнал TD является

входным. DCE-устройство формирует сигнал DCD (если это модем, то он оп-

ределяет наличие несущего сигнала в телефонной линии), а DTE-устройство

принимает этот сигнал и т.п.

Таблица 1.5

Устройство DTE Направление передачи Устройство DCE

DCD ← … ← DCD

RD ← … ← RD

TD → … → TD

DTR → … → DTR

SG SG SG SG

DSR ← … ← DSR

RTS → … → RTS

CTS ← … ← CTS

RI ← … ← RI

В некоторых случаях возникает задача обеспечить работу интерфейса RS-

232 между двумя однотипными устройствами, например, необходимо обес-

печить соединение DTE-DTE (компьютер-компьютер). Соединения между

разъемами в этом случае определяются коммуникационными программами,

используемыми компьютерами. В минимальной конфигурации кабель, со-

единяющий два устройства, должен содержать три провода: один – для объе-

динения сигнальной земли SG, второй

и третий – для передачи сигналов TD и

RD (рис. 1.18), причем необходимо выполнить перекрестное соединение сиг-

налов. Такой кабель, например, может обеспечить соединение двух компью-

теров с помощью встроенной в Windows программы Hyper Terminal.

Если компьютер “предполагает”, что он работает с модемом, то, в этом

случае, можно применить нуль-модемный кабель (рис. 1.19). На этом рисунке

цифрами

обозначены контакты разъема DB25M, а штриховой линией - про-

вод “защитной земли”– GND.

Рис. 1.18. Трехпроводный вариант RS-232

Конт. Конт.DB9 DB9

DTE