Ирпс интерфейс – назначение, основные технические характеристики, принципы передачи данных.

назначение, основные технические характеристики, принципы передачи данных.

ИРПС – это стандартный интерфейс для радиального подключения устройств с последовательной передачей данных. Он применялся в выпускавшихся в СССР до 90-х годов прошлого века компьютерах для подключения различных периферийных устройств (принтеров, телетайпов). В настоящее время ИРПС широко используется в промышленной автоматике для связи между контроллерами, передачи информации от различных счетчиков, например, тепловой и электрической энергии. Международное название этого интерфейса – токовая петля (Current Loop – CL).

Способ последовательной передачи данных «токовая петля» заимствован из телеграфии. Два устройства (передатчик и приемник) соединяются двухпроводной линией, образующей замкнутую электрическую цепь (рис. 14.5). В передатчике размещается ключ К, который может размыкать цепь, а в приемнике – детектор тока ДТ, определяющий наличие или отсутствие тока в цепи. Кроме того, в эту цепь включается источник питания E и ограничивающий резистор R

О. Резистор служит для получения стандартной величины тока, обычно 20 мА. Датчиком тока может служить обмотка электромагнитного реле. Логической 1 соответствует протекание тока в линии связи, логическому 0 – отсутствие тока в линии. В современных устройствах интерфейса ключи передатчиков и датчики тока в приемниках выполняются на основе электронных компонентов.

Рис. 14.5. Схема «токовой петли»

ИРПС позволяет осуществить дуплексную передачу данных импульсами постоянного тока асинхронным способом по 4-проводной линии связи.

Устройства, подключаемые к интерфейсу ИРПС, должны иметь в своем составе универсальный асинхронный приемопередатчик UART. В передающем устройстве UART формирует из параллельных данных кадр для асинхронной последовательной передачи на выходе TxD, а передатчик ИРПС преобразует его в импульсы постоянного тока, поступающие в линию связи. В приемном устройстве приемник ИРПС принимает токовые импульсы и преобразует их в сигналы ТТЛ-уровней на выходе RxD, которые поступают в UART.

Формат передаваемой информации в ИРПС аналогичен интерфейсу RS-232. Сообщения передаются кадрами. Кадр начинается старт-битом, затем идут 5,7, или 8 бит данных (начиная с младшего разряда), потом необязательный бит паритета (контроль на четность или нечетность), и в заключение 1 или 2 стоп-бита. Старт-бит всегда имеет уровень логического 0 (отсутствие тока в линии), стоп-биты всегда имеют уровень логической 1. Скорости передачи данных выбираются из того же ряда, что и для стандарта RS-232: 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/с. Так как при отсутствии передачи в линии связи интерфейса должен протекать ток (логическая 1), то приемник может легко распознать обрыв линии: при этом принимаются одни нули. Также обрыв распознается приемником при передаче информации по отсутствию стоп-битв в кадре.

Стандарт ИРПС предполагает обязательное гальваническое разделение цепей передатчика и приемника. Это защищает оборудование, подключенное к интерфейсу, от электромагнитных помех, наводимых в проводах линии связи. По стандарту интерфейс ИРПС обеспечивает передачу информации со скоростью 9600 бит/с на расстоянии до 500 м. Возможно увеличить это расстояние до нескольких километров, но при этом пропорционально должна быть снижена скорость передачи. Поскольку интерфейс требует пары проводов для каждого сигнала, то обычно применяют две пары – принимаемые данные и передаваемые данные. В случае двунаправленного (дуплексного) обмена для управления потоком используется программный протокол XON/XOFF по аналогии с интерфейсом RS-232. Если применяется однонаправленный (симплексный) обмен, то используют одну линию данных, а для управления потоком обратная линия задействуется для передачи сигнала готовности приемника (аппаратный протокол, аналогичный RTS/CTS для RS-232) или для передачи кодов XON/XOFF от приемника (программный протокол).

Достоинствами интерфейса ИРПС являются: простота реализации; высокая помехоустойчивость; большая длина соединительного кабеля; в цепь передачи тока могут включаться несколько приемников и передатчиков.

Недостатками ИРПС являются: большая потребляемая мощность; недостаточная стандартизация применяемого оборудования; отсутствие готовых микросхем для реализации интерфейса.

studfiles.net

Интерфейс ирпс

Когда источник или приемник информации удален от ЭВМ на значительное расстояние, применяется последовательная передача. Прежде чем начать последовательную передачу, необходимо выполнить преобразование данных из параллельной формы в последовательную.

Вначале данные загружаются в сдвиговый регистр. Содержимое регистра сдвигается на один разряд при поступлении каждого тактового импульса. Процесс преобразования данных из параллельной формы в последовательную представлен на рис. 3.2. При приеме необходимо выполнить действия, обратные по отношению к описанным выше. Данные вводятся бит за битом в сдвиговый регистр, затем из него в параллельной форме передаются в ЭВМ.

Рис. 3.2. Передача данных по линии последовательной передачи:

СД – сдвиговый регистр; СР – старший разряд; МР – младший разряд;

ГТИ – генератор тактовых импульсов

Устройство, обеспечивающее преобразование данных из параллельной формы в последовательную и обратное преобразование, называют универсальным асинхронным приемопередатчиком (УАПП). Приемопередатчик выполняет также функции контроля и управления. Он добавляет к каждому передаваемому символу стартовый бит и стоп-бит.

На рис. 3.3 изображено 8-битовое слово данных и показаны дополнительные биты. Стартовый бит всегда имеет значение логического «0», стоп-бит – логической «1».

Рис. 3.3. Слово данных с дополнительными битами

Скорость передачи данных принято измерять в бодах. Один бод равен одному биту в секунду. Например, скорость передачи 1200 бод означает, что за одну секунду будет передано 120 10-битовых символов: стартовый бит, 8 бит данных и стоп-бит.

Если при передаче данных применяется контроль на четность, то восьмому биту придается значение логического «0» или «1» так, чтобы в передаваемом 8-битовом слове данных было четное количество единиц. Иногда используется бит нечетности. В этом случае общее количество единиц в 8-битовом слове должно быть нечетным.

Сигналы в линии могут иметь различное представление. При передаче на небольшие расстояния в линии действуют уровни напряжения 3..5 В (RS-232).

При больших расстояниях (до 1,5 км) используют токовую петлю – импульсы постоянного тока 20 или 40 мА. В случае дуплексной связи (т. е. передачи информации как в прямом, так и в обратном направлении) используют четырехпроводную линию.

Асинхронная связь постоянным током (токовая петля) по четырехпроводной дуплексной линии носит название радиального последовательного интерфейса (ИРПС).

Упрощенная структурная схема УАПП приведена на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Структура УАПП

Универсальный асинхронный приемопередатчик состоит из трех секций: передачи, управления и приема. Секция передачи служит для преобразования данных из параллельной формы в последовательную. Байт данных поступает из ЭВМ в параллельной форме в регистр данных РД передатчика. После завершения передачи в линию предыдущего байта и освобождения выходного регистра байт данных переносится (также параллельно) в выходной сдвиговый регистр.

Здесь к нему добавляются служебные биты: стартовый, стоповый, бит четности. Полученное таким образом содержимое кадра многократно сдвигается в сторону младших битов, в результате чего на выходе концевого триггера регистра, связанного с передающей линией, последовательно появляются значения всех битов кадра.

Пока байт данных передается в линию, в РД передатчика может загружаться из ЭВМ следующий байт данных.

Секция приема работает аналогично. Биты, поступающие из линии, вдвигаются во входной сдвиговый регистр. После получения всего кадра из него убираются служебные биты, оставшаяся часть переносится параллельно в РД приемника, откуда по команде программы данные принимаются в ЭВМ.

В секции управления имеются регистры команд и состояний РКС (обычно два), с помощью которых программно устанавливаются характеристики УАПП и фиксируются ошибки приема данных.

Преобразования последовательных интерфейсов

Стандарт RS-232C описывает несимметричные передатчики и приемники. Интерфейс не обеспечивает гальванической развязки устройств. Логической единице соответствует напряжение на входе приемника в диапазоне –12…–3 В. Логическому нулю соответствует диапазон +3…+12 В.

На физическом уровне последовательный интерфейс имеет различные реализации, отличающиеся способом передачи электрических сигналов. Существует ряд международных стандартов, родственных RS-232C. На рис. 3.5 приведены схемы соединения их приемников и передатчиков, а также показаны ограничения на длину линии (L) и максимальную скорость передачи данных (V).

Несимметричные линии интерфейсов RS-232C и RS-423A имеют самую низкую защищенность от синфазной помехи, хотя дифференциальный вход приемника RS-423A несколько смягчает ситуацию. Лучшие параметры имеет двухточечный интерфейс RS-422A и его магистральный (шинный) аналог RS-485, работающие на симметричных линиях связи. В них для передачи каждого сигнала используются дифференциальные сигналы с отдельной (витой) парой проводов для каждой сигнальной цепи.

Рис. 3.5. Стандарты последовательных интерфейсов

Существуют последовательные интерфейсы, где информативен ток, протекающий по общей цепи передатчик-приемник – «токовая петля» (интерфейс ИРПС). В ИРПС электрическим сигналом является не уровень напряжения относительно общего провода, а ток в двухпроводной линии, соединяющей приемник и передатчик (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Интерфейс по току

Логической единице соответствует ток 20 мА, а логическому нулю – отсутствие тока. Такое представление сигналов позволяет обнаружить обрыв линии – приемник заметит отсутствие стоп-бита.

Токовая петля обычно предполагает гальваническую развязку входных цепей приемника от схемы устройства. Источником тока в петле является передатчик (этот вариант называют активным передатчиком). Возможно и питание от приемника (активный приемник), при этом выходной ключ передатчика может быть также гальванически развязан с остальной схемой передатчика. Токовая петля с гальванической развязкой позволяет передавать сигналы на расстояния до нескольких километров.

studfiles.net

Токовая петля: назначение, применение, особенности

Токовая петля – это двухпроводной интерфейс передачи информации, где данные закладываются в значение тока.

Благодарности

Большое спасибо Михаилу Гуку за интересные книги. Некогда авторы начинали изучение современной электроники с энциклопедией и изданий этого замечательного человека. Без интернета учебники приходилось терпеливо перелистывать руками, а мышки бегали преимущественно в подполе.

Компания muRata постоянно снабжает читателей свежей информацией, значит, теперь в курсе новостей окажутся и читатели. Рассматриваемая продукция уже упоминается в разделе про герконовые датчики. Речь о новейшей разработке – RedRock.

Необходимость токовой петли

Токовая петля 4-20 мА считается распространённым протоколом передачи информации датчиков. В индустрии часто возникает необходимость измерения физических параметров, к примеру:

• Давление;
• Температура;
• Поток жидкости.

Потребность возникает постоянно, когда информацию нужно передать на расстояния в сотни метров и более. Токовая петля считается медленным цифровым интерфейсом, и обусловлено это зарядом ёмкости кабеля от источника (что проявляется с ростом частоты), для аналоговых или дискретных устройств возможностей вполне хватает. Передатчики снабжаются аккумуляторами на 12 (реже) либо 24 В (чаще). Последние позволяют дальше передать информацию, значащим параметром становится ток, а не напряжение. Чем длиннее линия, тем ощутимее падение потенциала.

У приведённого технического решения есть пара недостатков. Во-первых, приходится использовать экранированные провода, во-вторых, увеличение дальности приводит к резкому снижению КПД. Типичная токовая петля состоит из четырёх компонентов:

1. Источник питания. Месторасположение произвольное.
2. Приёмник или монитор.
3. Передатчик (сенсор).
4. Преобразователь напряжения в ток.

Сенсоры выдают информацию, пропорциональную измеряемому параметру, представленному напряжением. Следовательно, нужно заняться преобразованием в ток. Потом информация кодируется либо по уровню тока, либо в двоичный вид: 4 мА – нуль, 20 мА – единичка. На стороне приёмника информация расшифровывается.

Поклонники цифровых технологий заявляют о низком быстродействии токовой петли. Действительно, при погонной ёмкости в 75 пФ/м километровый отрез провода образует конденсатор с номиналом 75 нФ. С ростом частоты сопротивление падает, эффект сглаживания и фильтрации не даёт правильно работать с информацией. За 19 мкс конденсатор наполняется полностью от напряжения 5 В, обусловливая замеченное ограничение в 9,6 кбит/сек.

Собственно токовая петля считается отжившим протоколом, на её место готовы прийти прочие, массово используемые, к примеру, MIDI и малоизвестный средь широкой публики промышленный интерфейс HART.

Общая информация

Первым сюрпризом становится отсутствие единых стандартов. Доминирующими стали протоколы 4-20 мА, 0-20 мА и 0-60 мА, жёстких правил нет. В токовой петле может передаваться любая информация. Если это двоичный код, единице соответствует наличие тока в размере 20 мА в зависимости от настроек системы, а нулю – отсутствие сигнала либо наличие 4 мА. Если при передаче пакета происходит разрыв линии, это непременно опознаётся через стоп-байт.

Интерфейс применялся с 50-х годов, первоначально единица кодировалась как 60 мА постоянного тока. Следовательно, КПД системы оказывался намного ниже. Петля на 20 мА появилась в 1962 году как сигнал для телетайпов — для дистанционной печати сообщений (соединяла две электрические печатные машинки). С началом 80-х ток попытались уменьшить, не всегда успешно. Решили сделать компромисс:

1. 4 мА означает «живой» нуль. Чтобы система точно знала, не произошёл ли в сети обрыв.
2. Единицей остаётся 20 мА.

Основным ограничением служит расстояние передачи информации. На параметр влияет битрейт: на километровых дистанциях допустимая скорость передачи информации составляет 9600 бит/сек. Выше 19,2 кбит/сек линию не используют. В итоге на дальность влияют электрические параметры линии и уровень помех. Токовую петлю предполагалось заменить по задумкам Fieldbus, в действительности в обиход вошёл стандартный сегодня RS-485 (1983 год) – вариант COM-порта. И поныне терминалы по протоколу RS-232 присоединяются при помощи токовой петли, а на приёмной стороне производится нужное преобразование. Иногда по протоколу работают избранные принтеры. Пусть теоретический предел здесь составляет 115 кбис/с, на практике применяется 9600.

Особенность токовой петли — в передатчике не обращают внимание на напряжение. Мощность бывает разной. Главное – выдержать значение тока, 20 мА. Следовательно, чем линия длиннее, тем меньше КПД. Это неукоснительно исполняемое правило. Периодически встречается токовая петля с гальванической развязкой. Для этого используются оптопары и подобные полупроводниковые конструкции.

Как правило, кабель используется экранированный, чтобы избежать параллельных ёмкостных помех, которые не удаётся компенсировать или отследить. Для создания сети неплохо подходит экранированная витая пара. Благодаря тесному переплетению проводов, она избавляет от внешних наводок в виде индуктивных и синфазных помех. Для создания дуплексного канала используют две витые пары, программно интерфейс управляется через методы XON/XOFF. Достойные специализированные приложения обходят затруднение созданием предварительных запросов на передачу и ответов.

На приёмнике ток преобразуют в напряжение при помощи резистивного делителя. В зависимости от вольтажа применяются сопротивления 125 — 500 Ом. Иногда на стороне передатчика или приёмника ставится адаптер (преобразователь сигнала) к последовательному интерфейсу COM-порта. Падение напряжения на резисторе высчитывается по закону Ома, к примеру, для номинала 250 Ом это составит 250 х 0,02 = 5 В. Соответственно, приёмник возможно откалибровать при необходимости на нужный уровень.

Где применяется токовая петля

1. Контроль технологических процессов. На производстве токовая петля 4-20 мА считается главным аналоговым интерфейсом. Используется «живой» нуль, когда полное отсутствие сигнала означает обрыв линии. Ток в 4 мА иногда используется как питание для передатчика либо входящий сигнал модулируется датчиком и возвращается в виде информации. Встречаются цепи, где батарея стоит отдельно, тогда модулируется её сигнал. Ни приёмник, ни передатчик не тратят собственную энергию.
2. Во времена аналоговой телефонии токовая петля оставалась излюбленным интерфейсом для подключения. И сегодня ещё находятся бьющиеся током провода в квартирах. Здесь телефон питается от станции и модулирует сигнал для вызова абонента. Как в случае с датчиком, описанным выше. Эти линии остались в качестве наследия былых времён. К примеру, компания Система Белла применяет питание постоянным током до 125 В.
3. Токовая петля иногда используется для передачи информации уровнем сигнала. К примеру, 15 мА означает «горим!», 6 мА – «все в порядке», 0 мА — обрыв линии. Любой местечковый производитель устанавливает собственные правила и пользуется протоколом.
4. В телефонии через токовую петлю может контролироваться базовая станция. Это называется «дистанционный контроль постоянным током». К примеру, Motorola MSF-5000 использует постоянные токи для 4 мА для передачи сервисных сигналов. Пример подобного протокола:

• Нет тока – вести приём на 1 канале.
• +6 мА – передавать на 1 канале.
• -6 мА – принять информацию на 2 канале.
• -12 мА – передать на 2 канале.

Интерфейс MIDI

MIDI формат популярен среди музыкантов, это специализированный протокол цифровой звукозаписи. На физическом уровне он организован по схеме токовой петли 5 мА. Разумеется, из-за разницы уровней единиц напрямую два стандарта передачи не совместимы. Согласно Михаилу Гуку, MIDI разработан в 1983 году и стал правилом де-факто подключения синтезаторов.

Википедия сообщает, что в июне 1981 года корпорация Роланд подала крупному производителю синтезаторов – Обергейм Электроникс – идею стандартного интерфейса. Уже в октябре Смит, Обергейм и Какихаши обсудили это с правлением Ямаха, Корг и Каваи, а в ноябре на выставке общества AES продемонстрировали первый работоспособный вариант.

Два года интерфейс находился на доработке, и в январе 1983-го Смит объединил через MIDI два аналоговых синтезатора. Это позволило напрямую перекачивать аранжировки и создавать новые музыкальные композиции. Позднее файлы MIDI введены в поддержку операционной системы Windows, позволяя авторам напрямую заниматься обработкой мелодий, насыщая их новыми спецэффектами, отсутствующими в оригинальных синтезаторах. Внедрение сэмплов различных инструментов позволяло исполнителю воспроизводить музыкальное сопровождение любой сложности.

Применение MIDI

В MIDI используются физические линии на 5 мА. Редко встречается 10. Гальваническая развязка осуществляется через оптрон. Характерной чертой признано инвертирование сигнала:

1. Есть ток.
2. Нет тока.

Поэтому MIDI напрямую не совместим с обычной токовой петлёй. Физический интерфейс видели многие, но не знали название. Визуально розетка представляет собой диск диэлектрика с боковым вырезом, по периметру расположены 5 отверстий (DIN). Конструкция охвачена по кругу экраном. Музыканты насчитывают три вида интерфейса:

1. MIDI-In.
2. MIDI-Out.
3. MIDI-Thru.

Порт MIDI иногда стоит на материнской плате персонального компьютера. Физически задействуются в нормальном режиме не используемые контакты 12 и 15 порта игрового адаптера DB-15S. Используемая здесь логика ТТЛ требует наличия адаптера для стыковки со стандартными синтезаторами по протоколу токовой петли. Микросхема преобразователя не слишком сложная, включает оптрон, диод, ряд логических элементов.

Порт MIDI программируется через UART как последовательный COM-порт. В продаже есть звуковые карты с MIDI либо отдельные платы расширения на свободные слоты.

Протокол HART

Это развитие протокола Fieldbus, массово применяемое в промышленности. Подосновой становится токовая петля 4-20 мА, а значит, может использовать витые пары, оставшиеся от морально устаревших протоколов. Поначалу стандарт считался укзоспециализированным связным интерфейсом, но в 1986 году вышел на всеобщее обозрение. Передача по HART идёт полными пакетами, имеющими состав:

1. Преамбула – 5-20 байт. Служит для синхронизации и определения несущей.
2. Старт-байт – 1 байт. Указывает номер хозяина шины.
3. Адрес – от 1 до 5 байт. Присваивается хозяину, слуге и служит специальным признаком пакетного режима.
4. Расширение – от 0 до 3 байт. Его длина указывается в старт-байте.
5. Команда – 1 байт. То, что слуга должен исполнить.
6. Число байтов данных – 1 байт. Размер поля данных в байтах.
7. Данные – от 0 до 255 байтов. Данные, помогающие расшифровать порядок действий.
8. Проверочная сумма – 1 байт. Содержит результат логической операции XOR для всех байтов, кроме стартового и заключительного в блоке данных.

Разумеется, пакетная структура характерна для цифровых устройств, нуждается в расшифровке для правильного исполнения команды.

vashtehnik.ru

ИРПС Википедия

То́ковая петля́  (current loop) — способ передачи информации с помощью измеряемых значений силы электрического тока. В настоящее время такой способ более распространён^{[источник не указан 93 дня]} в инженерной практике, чем использование для этой цели напряжения. Для задания измеряемых значений тока используется, как правило, управляемый источник тока. По виду передаваемой информации различаются аналоговая токовая петля и цифровая токовая петля.

Цифровая токовая петля[ | ]

Преобразователь RS-232 / токовая петля

Применяется в телекоммуникационном оборудовании и компьютерах для последовательной передачи данных.

История[ | ]

Токовая петля использовалась задолго до появления стандартов RS-232 и V.24. В 1960-е годы телетайпы начали использовать стандарт токовой петли 60 миллиампер. Последующие модели (одна из первых — Teletype Model ASR-33) использовали стандарт 20 мА. Этот стандарт нашел широкое применение в мини-компьютерах, которые первоначально использовали телетайпы для диалога с оператором. Постепенно телетайпы уступили место текстовым видеотерминалам, сохраняя интерфейс токовой петли. В 1980-х стандарт RS-232 окончательно заменил токовую петлю^{[источник не указан 93 дня]}.

Принципы работы[ | ]

Стандарт цифровой токовой петли использует отсутствие тока как значение SPACE (низкий уровень, логический ноль) и наличие сигнала — как значение MARK (высокий уровень, логическая единица). Отсутствие сигнала в течение длительного времени интерпретируется как состояние BREAK (обрыв линии). Данные передаются старт-стопным методом, формат посылки совпадает c RS-232, например 8-N-1: 8 бит, без паритета, 1 стоп-бит.

Токовая петля может использоваться на значительных расстояниях (до нескольких километров). Для защиты оборудования применяется гальваническая развязка на оптоэлектронных приборах, например оптронах.

Из-за неидеальности источника тока, максимально допустимая длина линии (и максимальное сопротивление линии) зависит от напряжения, от которого питается источник тока. Например при типичном напряжении питания 12 вольт сопротивление не должно превышать 600 Ом.

Источник тока может располагаться в приёмном или передающем конце токовой петли. Узел с источником тока называют активным. В зависимости от конструкции как передатчик, так и приёмник, могут быть либо активными (питать токовую петлю), так и пассивными (питаться от токовой петли).

Для компьютеров семейства ДВК по умолчанию принимается, что передатчик — активный, приёмник — пассивный.

Стандартизация[

ru-wiki.ru

назначение, основные технические характеристики, принципы передачи данных. Ирпс

Интерфейс ИРПС: назначение, основные технические характеристики, принципы передачи данных.

ИРПС – это стандартный интерфейс для радиального подключения устройств с последовательной передачей данных. Он применялся в выпускавшихся в СССР до 90-х годов прошлого века компьютерах для подключения различных периферийных устройств (принтеров, телетайпов). В настоящее время ИРПС широко используется в промышленной автоматике для связи между контроллерами, передачи информации от различных счетчиков, например, тепловой и электрической энергии. Международное название этого интерфейса – токовая петля (Current Loop – CL).

Способ последовательной передачи данных «токовая петля» заимствован из телеграфии. Два устройства (передатчик и приемник) соединяются двухпроводной линией, образующей замкнутую электрическую цепь (рис. 14.5). В передатчике размещается ключ К, который может размыкать цепь, а в приемнике – детектор тока ДТ, определяющий наличие или отсутствие тока в цепи. Кроме того, в эту цепь включается источник питания E и ограничивающий резистор R_О. Резистор служит для получения стандартной величины тока, обычно 20 мА. Датчиком тока может служить обмотка электромагнитного реле. Логической 1 соответствует протекание тока в линии связи, логическому 0 – отсутствие тока в линии. В современных устройствах интерфейса ключи передатчиков и датчики тока в приемниках выполняются на основе электронных компонентов.

Рис. 14.5. Схема «токовой петли»

ИРПС позволяет осуществить дуплексную передачу данных импульсами постоянного тока асинхронным способом по 4-проводной линии связи.

Устройства, подключаемые к интерфейсу ИРПС, должны иметь в своем составе универсальный асинхронный приемопередатчик UART. В передающем устройстве UART формирует из параллельных данных кадр для асинхронной последовательной передачи на выходе TxD, а передатчик ИРПС преобразует его в импульсы постоянного тока, поступающие в линию связи. В приемном устройстве приемник ИРПС принимает токовые импульсы и преобразует их в сигналы ТТЛ-уровней на выходе RxD, которые поступают в UART.

Формат передаваемой информации в ИРПС аналогичен интерфейсу RS-232. Сообщения передаются кадрами. Кадр начинается старт-битом, затем идут 5,7, или 8 бит данных (начиная с младшего разряда), потом необязательный бит паритета (контроль на четность или нечетность), и в заключение 1 или 2 стоп-бита. Старт-бит всегда имеет уровень логического 0 (отсутствие тока в линии), стоп-биты всегда имеют уровень логической 1. Скорости передачи данных выбираются из того же ряда, что и для стандарта RS-232: 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/с. Так как при отсутствии передачи в линии связи интерфейса должен протекать ток (логическая 1), то приемник может легко распознать обрыв линии: при этом принимаются одни нули. Также обрыв распознается приемником при передаче информации по отсутствию стоп-битв в кадре.

Стандарт ИРПС предполагает обязательное гальваническое разделение цепей передатчика и приемника. Это защищает оборудование, подключенное к интерфейсу, от электромагнитных помех, наводимых в проводах линии связи. По стандарту интерфейс ИРПС обеспечивает передачу информации со скоростью 9600 бит/с на расстоянии до 500 м. Возможно увеличить это расстояние до нескольких километров, но при этом пропорционально должна быть снижена скорость передачи. Поскольку интерфейс требует пары проводов для каждого сигнала, то обычно применяют две пары – принимаемые данные и передаваемые данные. В случае двунаправленного (дуплексного) обмена для управления потоком используется программный протокол XON/XOFF по аналогии с интерфейсом RS-232. Если применяется однонаправленный (симплексный) обмен, то используют одну линию данных, а для управления потоком обратная линия задействуется для передачи сигнала готовности приемника (аппаратный протокол, аналогичный RTS/CTS для RS-232) или для передачи кодов XON/XOFF от приемника (программный протокол).

Достоинствами интерфейса ИРПС являются: простота реализации; высокая помехоустойчивость; большая длина соединительного кабеля; в цепь передачи тока могут включаться несколько приемников и передатчиков.

Недостатками ИРПС являются: большая потребляемая мощность; недостаточная стандартизация применяемого оборудования; отсутствие готовых микросхем для реализации интерфейса.

Интерфейсы RS-422 и RS-485: назначение, основные технические характеристики, принципы передачи данных.

В основе построения интерфейсов RS-422/RS-485 лежит принцип дифференциальной (балансной) передачи данных. Суть его заключается в передаче одного сигнала по двум проводам, скрученных между собой и образующих витую пару.

Обычно один провод условно именуют как ‘A’, а другой – ‘B’. Полезным сигналом является разность потенциалов между проводами A и B: U_{A– UB= UAB. Для организации интерфейсов необходимы линейные передатчики с дифференциальными выходами и линейные приемники с дифференциальными входами.}

На рис. 14.4 приведено условное изображение линейного передатчика интерфейсов RS-422/RS-485 и временная диаграмма его выходного сигнала. Передатчик выдает напряжение от 2 до 6 В между выводами A и B. Передатчик также имеет вывод C общей точки (провода) схемы. В отличие от интерфейса RS-232C общий провод здесь не используется для определения состояния линии данных, а применяется только для присоединения сигнального заземления. Если на выходе передатчика 2 AB_{соответствует логическому 0, а диапазон -6 AB}

Рис. 14.4. Передатчик интерфейсов RS-422/RS-485:

а) – условное обозначение;

б) – временная диаграмма выходного сигнала U_AB

Линейный передатчик интерфейса RS-485 должен обязательно иметь вход управляющего сигнала «Разрешение». Назначение этого сигнала – соединять выходы передатчика с линейными выводами A и B. Если сигнал «Разрешение» находится в состоянии «Выключено» (обычно логический 0), то передатчик будет отсоединен от линии. Состояние отключения линейного передатчика обычно называют его третьим или Z-состоянием.

Дифференциальный приемник анализирует сигналы из линии связи, поступающие на его входы A и B. Если на входе приемника U_A – U_{B= UAB> 0,2 В, то это соответствует логическому 0, если UA– UBA– UB |}

Линейный приемник также должен иметь вывод C общего провода схемы, чтобы выполнить сигнальное заземление.

Применение дифференциального метода передачи сигналов обеспечивает хорошую помехоустойчивость интерфейсов. Для аппаратной реализации интерфейса используются микросхемы приемопередатчиков (трансиверов) с дифференциальными входами/выходами, подключаемыми к линии, и цифровыми входами/выходами, подключаемыми к модулю UART микроконтроллера.

В интерфейсе RS-422 для организации дуплексного обмена (в двух направлениях) используются две отдельные пары проводов. На каждой паре может быть только по одному передатчику и до 10 приемников.

В интерфейсе RS-485 для организации полудуплексного обмена достаточно одной пары проводов, по которым ведется прием и передача сигналов с разделением по времени. В сети может быть много передатчиков и приемников (до 32 передатчиков, приемников или их комбинаций).

Максимальная скорость передачи данных по интерфейсам RS-422/RS-485 определяется множеством факторов: длиной и параметрами линии связи, параметрами приемников и передатчиков. Максимальная скорость передачи на коротких расстояниях (до 12 м) ограничивается быстродействием передатчиков и по стандарту равна 10 Мбит/с. На средних расстояниях (десятки и сотни метров) скорость передачи уменьшается из-за возрастания потерь в емкостях изоляции кабеля и активных сопротивлений проводов. Так, например, при длине линии 120 м максимальная скорость передачи не превышает 1 Мбит/с. Максимальная длина кабеля связи по стандарту ограничена величиной 1200 м, при этом скорость передачи не превышает 100 Кбит/с.

Достоинством интерфейсов RS-422 и RS-485 являются: дешевизна соединительных кабелей; дешевизна реализации трансиверов; большой парк работающего оборудования, реализующего эти стандарты; возможность организации гальванической развязки.

Недостатком интерфейсов является то, что они отсутствуют в стандартной комплектации компьютеров и микроконтроллеров. Интерфейсы имеют довольно значительное энергопотребление и относительно невысокую скорость передачи данных.

Интерфейс SPI: назначение, основные технические характеристики, принципы передачи данных.

Многие МК имеют в своем составе модуль последовательного синхронного интерфейса SPI (Serial Peripheral Interface). Интерфейс предназначен для связи МК с периферийными устройствами МКС. Интерфейс SPI организован по принципу «ведущий/ведомый». В качестве ведущего обычно выступает МК. На рис. 15.1 приведена схема подключения МК (ведущего) к микросхеме памяти EEPROM (ведомому) с использованием интерфейса SPI.

Рис. 15.1. Сопряжение МК с периферийной микросхемой посредством интерфейса SPI

Интерфейс SPI имеет три информационные линии: MOSI (Master Output Slave Input) – линия передачи данных от ведущего к ведомому; MISO (Master Input Slave Output) – линия передачи данных от ведомого к ведущему; SCK (Serial ClocK) – линия синхронизации (стробирования) данных. Имеется также линия управления SS, на которую ведущий выставляет низкий уровень для выбора ведомого.

Для подключения к интерфейсу SPI микросхема должна иметь встроенный контроллер. Основные элементы контроллера – 8-разрядный сдвиговый регистр и два буферных регистра данных приемника и передатчика. На рис. 15.2 приведены временные диаграммы обмена данными между ведущим и ведомым по интерфейсу SPI.

Достоинствами интерфейса SPI являются: простота передачи на физическом уровне обусловливает высокую надежность и быстродействие обмена, предельное быстродействие SPI измеряется десятками мегагерц и поэтому он особенно эффективен для потоковой передачи больших объемов данных; все линии SPI являются однонаправленными, что существенно упрощает реализацию преобразователей уровней сигналов и гальванической развязки; простота программной реализации протокола SPI.

К недостаткам интерфейса SPI можно отнести очень малую длину линий связи: обычно в пределах платы, длина – несколько десятков сантиметров.

Рис. 15.2. Временные диаграммы обмена по интерфейсу SPI

www.uverenniy.ru

ИРПС Википедия

То́ковая петля́  (current loop) — способ передачи информации с помощью измеряемых значений силы электрического тока. В настоящее время такой способ более распространён^{[источник не указан 93 дня]} в инженерной практике, чем использование для этой цели напряжения. Для задания измеряемых значений тока используется, как правило, управляемый источник тока. По виду передаваемой информации различаются аналоговая токовая петля и цифровая токовая петля.

Цифровая токовая петля

Преобразователь RS-232 / токовая петля

Применяется в телекоммуникационном оборудовании и компьютерах для последовательной передачи данных.

История

Токовая петля использовалась задолго до появления стандартов RS-232 и V.24. В 1960-е годы телетайпы начали использовать стандарт токовой петли 60 миллиампер. Последующие модели (одна из первых — Teletype Model ASR-33) использовали стандарт 20 мА. Этот стандарт нашел широкое применение в мини-компьютерах, которые первоначально использовали телетайпы для диалога с оператором. Постепенно телетайпы уступили место текстовым видеотерминалам, сохраняя интерфейс токовой петли. В 1980-х стандарт RS-232 окончательно заменил токовую петлю^{[источник не указан 93 дня]}.

Принципы работы

Стандарт цифровой токовой петли использует отсутствие тока как значение SPACE (низкий уровень, логический ноль) и наличие сигнала — как значение MARK (высокий уровень, логическая единица). Отсутствие сигнала в течение длительного времени интерпретируется как состояние BREAK (обрыв линии). Данные передаются старт-стопным методом, формат посылки совпадает c RS-232, например 8-N-1: 8 бит, без паритета, 1 стоп-бит.

Токовая петля может использоваться на значительных расстояниях (до нескольких километров). Для защиты оборудования применяется гальваническая развязка на оптоэлектронных приборах, например оптронах.

Из-за неидеальности источника тока, максимально допустимая длина линии (и максимальное сопротивление линии) зависит от напряжения, от которого питается источник тока. Например при типичном напряжении питания 12 вольт сопротивление не должно превышать 600 Ом.

Источник тока может располагаться в приёмном или передающем конце токовой петли. Узел с источником тока называют активным. В зависимости от конструкции как передатчик, так и приёмник, могут быть либо активными (питать токовую петлю), так и пассивными (питаться от токовой петли).

Для компьютеров семейства ДВК по умолчанию принимается, что передатчик — активный, приёмник — пассивный.

Стандартизация

Стандарт ИРПС/IFSS (ОСТ 11 305.916-84) использует токовую петлю 20 мА для передачи данных. Этот стандарт широко применялся в компьютерах, выпущенных в СССР и странах СЭВ до 1990-х годов. Например ДВК, Электроника-60, Электроника Д3-28, СМ ЭВМ и т. д. Физическое исполнение разъемов ИРПС в стандарте не закреплено, что породило массу вариантов. Часто употребляется разъём СНО53-8-2.

За рубежом токовая петля (Current Loop) специфицирована в стандартах IEC 62056-21 / DIN 66258.

MIDI (Musical Instrument Digital Interface) использует стандарт токовой петли на 5-штырьковом разъеме DIN 41524 со скоростью 31,25 кбит/с.

Для компьютеров IBM PC и IBM PC XT имелась плата IBM Asynchronous Communications Adapter, поддерживающая последовательную передачу по RS-232 или токовой петле. Для передачи сигналов токовой петли используются незадействованные контакты на разъеме DB25. В более поздних разработках остался только RS-232.

Аналоговая токовая петля

Аналоговая токовая петля используется для передачи аналогового сигнала по паре проводов в лабораторном оборудовании, системах управления производством и т. д.

Применяется смещенный диапазон 4—20 мА, то есть наименьшее значение сигнала (например, 0) соответствует току 4 мА, а наибольшее — 20 мА. Таким образом весь диапазон допустимых значений занимает 16 мА. Нулевое значение тока в цепи означает обрыв линии и позволяет легко диагностировать такую ситуацию.

Интерфейс аналоговой токовой петли позволяет использовать разнообразные датчики (давления, потока, кислотности и т. д.) с единым электрическим интерфейсом. Также данный интерфейс может использоваться для управления регистрирующими и исполнительными устройствами: самописцами, заслонками и т. д.

Диапазоны токов и напряжений описаны в ГОСТ 26.011-80 “Средства измерений и автоматизации. Сигналы тока и напряжения электрические непрерывные входные и выходные”.

Основное преимущество токовой петли (по сравнению с более дешёвой параметрической передачей напряжением) — то, что точность не зависит от длины и сопротивления линии передачи, поскольку управляемый источник тока будет автоматически поддерживать требуемый ток в линии. Такая схема позволяет запитывать датчик непосредственно от линии передачи. Несколько приёмников можно соединять последовательно, источник тока будет поддерживать требуемый ток во всех одновременно (согласно закону Кирхгофа). Но если в цепи появятся утечки, работа токовой петли нарушится, и средствами реализации самой токовой петли это не обнаруживается, что необходимо учитывать при проектировании ответственных производственных участков.

Поверх аналоговой токовой петли можно передавать цифровую информацию. Такой способ передачи данных описан в HART-протоколе. Конкурирующими протоколами, способными в будущем вытеснить HART, являются различные цифровые полевые шины, такие как Foundation fieldbus или PROFIBUS.

Ссылки

wikiredia.ru

назначение, основные технические характеристики, принципы передачи данных. Ирпс

Интерфейс ИРПС: назначение, основные технические характеристики, принципы передачи данных.

ИРПС – это стандартный интерфейс для радиального подключения устройств с последовательной передачей данных. Он применялся в выпускавшихся в СССР до 90-х годов прошлого века компьютерах для подключения различных периферийных устройств (принтеров, телетайпов). В настоящее время ИРПС широко используется в промышленной автоматике для связи между контроллерами, передачи информации от различных счетчиков, например, тепловой и электрической энергии. Международное название этого интерфейса – токовая петля (Current Loop – CL).

Способ последовательной передачи данных «токовая петля» заимствован из телеграфии. Два устройства (передатчик и приемник) соединяются двухпроводной линией, образующей замкнутую электрическую цепь (рис. 14.5). В передатчике размещается ключ К, который может размыкать цепь, а в приемнике – детектор тока ДТ, определяющий наличие или отсутствие тока в цепи. Кроме того, в эту цепь включается источник питания E и ограничивающий резистор R_О. Резистор служит для получения стандартной величины тока, обычно 20 мА. Датчиком тока может служить обмотка электромагнитного реле. Логической 1 соответствует протекание тока в линии связи, логическому 0 – отсутствие тока в линии. В современных устройствах интерфейса ключи передатчиков и датчики тока в приемниках выполняются на основе электронных компонентов.

Рис. 14.5. Схема «токовой петли»

ИРПС позволяет осуществить дуплексную передачу данных импульсами постоянного тока асинхронным способом по 4-проводной линии связи.

Устройства, подключаемые к интерфейсу ИРПС, должны иметь в своем составе универсальный асинхронный приемопередатчик UART. В передающем устройстве UART формирует из параллельных данных кадр для асинхронной последовательной передачи на выходе TxD, а передатчик ИРПС преобразует его в импульсы постоянного тока, поступающие в линию связи. В приемном устройстве приемник ИРПС принимает токовые импульсы и преобразует их в сигналы ТТЛ-уровней на выходе RxD, которые поступают в UART.

Формат передаваемой информации в ИРПС аналогичен интерфейсу RS-232. Сообщения передаются кадрами. Кадр начинается старт-битом, затем идут 5,7, или 8 бит данных (начиная с младшего разряда), потом необязательный бит паритета (контроль на четность или нечетность), и в заключение 1 или 2 стоп-бита. Старт-бит всегда имеет уровень логического 0 (отсутствие тока в линии), стоп-биты всегда имеют уровень логической 1. Скорости передачи данных выбираются из того же ряда, что и для стандарта RS-232: 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/с. Так как при отсутствии передачи в линии связи интерфейса должен протекать ток (логическая 1), то приемник может легко распознать обрыв линии: при этом принимаются одни нули. Также обрыв распознается приемником при передаче информации по отсутствию стоп-битв в кадре.

Стандарт ИРПС предполагает обязательное гальваническое разделение цепей передатчика и приемника. Это защищает оборудование, подключенное к интерфейсу, от электромагнитных помех, наводимых в проводах линии связи. По стандарту интерфейс ИРПС обеспечивает передачу информации со скоростью 9600 бит/с на расстоянии до 500 м. Возможно увеличить это расстояние до нескольких километров, но при этом пропорционально должна быть снижена скорость передачи. Поскольку интерфейс требует пары проводов для каждого сигнала, то обычно применяют две пары – принимаемые данные и передаваемые данные. В случае двунаправленного (дуплексного) обмена для управления потоком используется программный протокол XON/XOFF по аналогии с интерфейсом RS-232. Если применяется однонаправленный (симплексный) обмен, то используют одну линию данных, а для управления потоком обратная линия задействуется для передачи сигнала готовности приемника (аппаратный протокол, аналогичный RTS/CTS для RS-232) или для передачи кодов XON/XOFF от приемника (программный протокол).

Достоинствами интерфейса ИРПС являются: простота реализации; высокая помехоустойчивость; большая длина соединительного кабеля; в цепь передачи тока могут включаться несколько приемников и передатчиков.

Недостатками ИРПС являются: большая потребляемая мощность; недостаточная стандартизация применяемого оборудования; отсутствие готовых микросхем для реализации интерфейса.

Интерфейсы RS-422 и RS-485: назначение, основные технические характеристики, принципы передачи данных.

В основе построения интерфейсов RS-422/RS-485 лежит принцип дифференциальной (балансной) передачи данных. Суть его заключается в передаче одного сигнала по двум проводам, скрученных между собой и образующих витую пару.

Обычно один провод условно именуют как ‘A’, а другой – ‘B’. Полезным сигналом является разность потенциалов между проводами A и B: U_{A– UB= UAB. Для организации интерфейсов необходимы линейные передатчики с дифференциальными выходами и линейные приемники с дифференциальными входами.}

На рис. 14.4 приведено условное изображение линейного передатчика интерфейсов RS-422/RS-485 и временная диаграмма его выходного сигнала. Передатчик выдает напряжение от 2 до 6 В между выводами A и B. Передатчик также имеет вывод C общей точки (провода) схемы. В отличие от интерфейса RS-232C общий провод здесь не используется для определения состояния линии данных, а применяется только для присоединения сигнального заземления. Если на выходе передатчика 2 AB_{соответствует логическому 0, а диапазон -6 AB}

Рис. 14.4. Передатчик интерфейсов RS-422/RS-485:

а) – условное обозначение;

б) – временная диаграмма выходного сигнала U_AB

Линейный передатчик интерфейса RS-485 должен обязательно иметь вход управляющего сигнала «Разрешение». Назначение этого сигнала – соединять выходы передатчика с линейными выводами A и B. Если сигнал «Разрешение» находится в состоянии «Выключено» (обычно логический 0), то передатчик будет отсоединен от линии. Состояние отключения линейного передатчика обычно называют его третьим или Z-состоянием.

Дифференциальный приемник анализирует сигналы из линии связи, поступающие на его входы A и B. Если на входе приемника U_A – U_{B= UAB> 0,2 В, то это соответствует логическому 0, если UA– UBA– UB |}

Линейный приемник также должен иметь вывод C общего провода схемы, чтобы выполнить сигнальное заземление.

Применение дифференциального метода передачи сигналов обеспечивает хорошую помехоустойчивость интерфейсов. Для аппаратной реализации интерфейса используются микросхемы приемопередатчиков (трансиверов) с дифференциальными входами/выходами, подключаемыми к линии, и цифровыми входами/выходами, подключаемыми к модулю UART микроконтроллера.

В интерфейсе RS-422 для организации дуплексного обмена (в двух направлениях) используются две отдельные пары проводов. На каждой паре может быть только по одному передатчику и до 10 приемников.

В интерфейсе RS-485 для организации полудуплексного обмена достаточно одной пары проводов, по которым ведется прием и передача сигналов с разделением по времени. В сети может быть много передатчиков и приемников (до 32 передатчиков, приемников или их комбинаций).

Максимальная скорость передачи данных по интерфейсам RS-422/RS-485 определяется множеством факторов: длиной и параметрами линии связи, параметрами приемников и передатчиков. Максимальная скорость передачи на коротких расстояниях (до 12 м) ограничивается быстродействием передатчиков и по стандарту равна 10 Мбит/с. На средних расстояниях (десятки и сотни метров) скорость передачи уменьшается из-за возрастания потерь в емкостях изоляции кабеля и активных сопротивлений проводов. Так, например, при длине линии 120 м максимальная скорость передачи не превышает 1 Мбит/с. Максимальная длина кабеля связи по стандарту ограничена величиной 1200 м, при этом скорость передачи не превышает 100 Кбит/с.

Достоинством интерфейсов RS-422 и RS-485 являются: дешевизна соединительных кабелей; дешевизна реализации трансиверов; большой парк работающего оборудования, реализующего эти стандарты; возможность организации гальванической развязки.

Недостатком интерфейсов является то, что они отсутствуют в стандартной комплектации компьютеров и микроконтроллеров. Интерфейсы имеют довольно значительное энергопотребление и относительно невысокую скорость передачи данных.

Интерфейс SPI: назначение, основные технические характеристики, принципы передачи данных.

Многие МК имеют в своем составе модуль последовательного синхронного интерфейса SPI (Serial Peripheral Interface). Интерфейс предназначен для связи МК с периферийными устройствами МКС. Интерфейс SPI организован по принципу «ведущий/ведомый». В качестве ведущего обычно выступает МК. На рис. 15.1 приведена схема подключения МК (ведущего) к микросхеме памяти EEPROM (ведомому) с использованием интерфейса SPI.

Рис. 15.1. Сопряжение МК с периферийной микросхемой посредством интерфейса SPI

Интерфейс SPI имеет три информационные линии: MOSI (Master Output Slave Input) – линия передачи данных от ведущего к ведомому; MISO (Master Input Slave Output) – линия передачи данных от ведомого к ведущему; SCK (Serial ClocK) – линия синхронизации (стробирования) данных. Имеется также линия управления SS, на которую ведущий выставляет низкий уровень для выбора ведомого.

Для подключения к интерфейсу SPI микросхема должна иметь встроенный контроллер. Основные элементы контроллера – 8-разрядный сдвиговый регистр и два буферных регистра данных приемника и передатчика. На рис. 15.2 приведены временные диаграммы обмена данными между ведущим и ведомым по интерфейсу SPI.

Достоинствами интерфейса SPI являются: простота передачи на физическом уровне обусловливает высокую надежность и быстродействие обмена, предельное быстродействие SPI измеряется десятками мегагерц и поэтому он особенно эффективен для потоковой передачи больших объемов данных; все линии SPI являются однонаправленными, что существенно упрощает реализацию преобразователей уровней сигналов и гальванической развязки; простота программной реализации протокола SPI.

К недостаткам интерфейса SPI можно отнести очень малую длину линий связи: обычно в пределах платы, длина – несколько десятков сантиметров.

Рис. 15.2. Временные диаграммы обмена по интерфейсу SPI

uverenniy.ru