Примеры последовательного соединения: примеры параллельного и последовательного соединения

Последовательное соединение проводников: примеры для домашней электропроводки

На чтение 9 мин Просмотров 1.4к. Опубликовано 22.08.2019 Обновлено 05.09.2019

Каждое помещение имеет несколько точек электропитания для работы различных приборов. Техника работает посредством электрического тока, который проводят через специально установленные кабели – проводники. От качества элементов сети и способа соединения зависит качество напряжения, стабильность и безопасность использования. Существует два основных метода – параллельное и последовательное. Каждое имеет свои преимущества и недостатки, с которыми лучше ознакомиться предварительно.

Основные электрические величины цепи

Чтобы разобраться в нюансах подключения и соединения электрических проводников, необходимо выяснить основные моменты и величины токовых цепей. Электроцепь – это не самостоятельное устройство, а совокупность нескольких механизмов и элементов, используемых для проведения электрического тока. Основные детали:

• источники: трансформаторы, электроустановки, батарейки, генераторы, аккумуляторы и другие;
• приемники: непосредственно техника – лампы, двигатели, нагреватели, катушки индуктивности, подобные;
• промежуточные звенья: провода, устройства.

Основными величинами, с помощью которых устанавливают свойства электрических цепей, являются напряжение, сопротивление и ток. В проводниках электричество представляет множество двигающихся в заданном направлении электрических зарядов. Под током в сети подразумевают интенсивность или силу, которые измеряются числом зарядов одновременно проходящих через поперечное сечение проводника.

Напряжение – это то количество электрической энергии, которое необходимо для перемещения одного заряда от одного пункта до другого. Выражается в Вольтах. Сопротивление – это силы, воздействующие на поток электрических зарядов во время движения проводников. Записывается в Омах.

Взаимная зависимость электрических величин

Связь между величинами в электрической цепи объясняется законами электротехники. Первый – Закон Ома. Открыт и подтвержден Георгом Симоном Омом еще в 1827 году. Заключается в том, что величина интенсивности тока прямо пропорциональна величине напряжения в кабеле проводника. Закон Ома позволяет быстро провести анализ электрической цепи и оценить ее возможности, пределы.

Кроме основного правила в электротехнике используют Законы Кирхгофа. Один гласит, что сумма токов на входе равна сумме токов на выходе. Второй – что сумма ЭДС равна сумме падений напряжения на внутренних элементах электрического контура.

Законы Кирхгофа позволяют установить соотношение между токами, проходящими через узлы электрической проводки, и токами на входе в контурную цепь. Анализ и расчеты проводятся по следующему алгоритму:

• Устанавливается общее число ветвей и узлов конкретной электрической сети.
• В произвольном порядке выбираются условно-положительные направления токов в проводке, на схеме проставляются соответствующие отметки.
• Для получения уравнения отмечаются в свободном порядке положительные направления обхода контура;
• Составляется уравнение по правилам Кирхгофа для получения результата.

Решение построенных задач позволит определить количество и значение токов в конкретной электрической цепи.

При помощи законов Ома и Кирхгофа, электрики оценивают состояние сети, ее работоспособность и мощность. На практике редко используют формулы вживую. Практикующие электрики ориентируются в характеристиках более свободно. Начинающим монтажерам может показаться сложным единовременное ориентирование во всех показателях и взаимосвязях, удобнее иметь некоторые вспомогательные материалы под рукой.

Параллельное соединение проводников

Соединение кабелей в электропроводке возможно тремя вариантами: параллельно, последовательно, смешанно. Первый метод – параллельное подключение – заключается в том, что проводники соединяются между собой в начальной и конечной точках. Получается, что нагрузки с обоих концов сливаются, а напряжение получается параллельным. В одной электрической сети параллельно могут быть соединены два, три и больше кабелей.

Чтобы проверить интенсивность прохождения тока при таком подключении, в параллельную сеть подключают две лампочки (показатели должны быть идентичными – сопротивление, напряжение). Чтобы произвести испытание и проконтролировать результат, к каждой подводят амперметр (устройство, измеряющее силу тока). Третий прибор запитывают на сеть в целом, чтобы увидеть показатель на всей сети. Дополнительные элементы – питание, ключ.

После того как схема собрана, ключом активируют питание и сравнивают результаты на амперметрах. На общем показатель должен быть равен сумме двух, подключенных к лампам. В данном случае считается, что система работает исправно – напряжение при параллельном соединении подается в нормальном режиме.

Если на одном участке произойдет замыкание, лампочки останутся в рабочем состоянии. Ток поступает по замкнутому контуру с двух сторон. Ремонт будет необходим в любом случае, но свет и питание останутся.

Если к указанной системе подключить вольтметр, можно оценить показатели сопротивления сети. Эквивалентный показатель укажет на уровень сопротивления сети при той же интенсивности тока.

Последовательное соединение проводников

Следующая схема подключения – последовательное соединение проводников в цепи – подразумевает врезку каждого прибора в порядке очередности (один за другим). Интенсивность силы проходящего тока через каждый элемент питания (лампочка, прибор) будет одинаковой. При этом напряжение при последовательном соединении складывается из показателей напряжения с каждого участка (получается суммарным).

Значение сопротивления может изменяться. Если изменится нагрузка на одном из мест последовательного подключения, изменится и уровень сопротивления. Как следствие, поменяется показатель тока.

Основной недостаток такой электрической цепи заключается в том, что если на одном из участков произойдет сбой (поломка, замыкание), следующие за ним элементы перестанут функционировать. Наглядно схема соединения представлена в обычных новогодних гирляндах – когда ломается один контакт или провод в любом месте, перестают работать остальные.

При последовательном подключении проводников конец одного кабеля подсоединяется к началу следующего. Ключевое отличие электроцепи – отсутствие разветвлений, через участки проходит один электроток. При этом разность потенциалов резистора объясняется совокупным напряжением по каждому отдельному резистору (контакту, участку, точке питания).

Законы последовательного и параллельного соединения проводников

Примеры схем соединения розеток

К правилам, объясняющим «поведение» проводников при последовательном и параллельном соединениях, относятся основные законы электротехники и некоторые особенности. Последние не всегда бывают очевидны новичкам, поэтому их разбирают как отдельные законы. При работе со схемами проводников учитывают следующее:

• Последовательное подключение подразумевает одинаковые показатели токов на каждом участке.
• Закон Ома для каждого типа соединения имеет свое значение. Например, при последовательном способе включения напряжение будет равно сумме напряжений всех участков сети.
• Общее сопротивление электрической цепи при поочередном соединении будет равно сумме значений сопротивления элементов, не зависит от числа проводников и точек питания.
• Параллельный метод – напряжение электроцепи равно напряжению на каждом отдельном элементе, не суммируется, а остается одинаковым.
• Сила тока для данного способа соединения определяется суммой значений токов участков подключения.

Данные законы используются при построении схемы электропроводки в помещении.

Чтобы оптимизировать нагрузку, не создавать чрезмерного напряжения в отдельных частях, проверяют оптимальность каждого типа соединения в конкретной ситуации.

Смешанное соединение проводников

Смешанное соединение проводников

Как правило, в электпроводке используют параллельное и последовательное соединения одновременно. Такой способ подключения проводов называется смешанным или комбинированным. При построении первоначальной схемы питания в помещении, где указывается число и расположения точек питания (розеток, выключателей, трансформаторов), учитывают необходимость каждого из типов подключения на разных участках.

Электрическая проводка редко состоит из простых элементов. Зачастую получается сложная схема из множества разных участков и соединений. Поэтому при составлении плана важно разобраться в преимуществах и недостатках типов подсоединения проводов, чтобы оптимально использовать каждый. Для этого схему разбивают по участкам и в каждом конкретном случае подбирают собственный метод врезки проводов.

Как выбрать тип подключения

Распределительная коробка

Потребляемая электрическая энергия в квартиру поступает от общедомового электрощитка. Количество израсходованного тока измеряется счетчиком. Вводный провод в помещение имеет большое сечение и является основным «поставщиком» электричества в квартиру. Следующие берут с меньшими показателями, так как нагрузка на них снижается за счет распределения.

Основной кабель заводится в специальную распределительную коробку, от которой делают разводку в комнаты и санузлы. На этом этапе необходимо определить, какой тип соединения проводов будет использован: последовательный, параллельный, комбинированный.

Категорического запрета на построение проводки в квартире тем или иным способом нет. Однако следует учитывать практическое применение каждой цепи, недостатки, преимущества и возможности.

Самым подходящим и часто используемым вариантом является смешанное соединение проводов. От общего щитка к распредкоробке подводится кабель, затем в параллельную сеть замыкается несколько распределительных узлов (в каждом помещении). Далее – в комнатах точки питания соединяются последовательно.

Последовательное включение элементов позволяет существенно сэкономить на материалах при монтаже электропроводки. Поэтому несмотря на определенные недостатки метод используют в небольших помещениях. На малых участках проще выявить место поломки, нежели в квартире в целом.

Параллельное подключение розеток

Параллельное подключение визуально представляет кольцо из проводов. Если на одном участке произошел сбой, ток не прекращает поступать – подача происходит с другой стороны цепи. Однако для такого типа соединения требуется проложить значительное количество кабеля, что не всегда удобно.

В некоторых ситуациях целесообразно использовать только последовательное соединение проводов. Например, в длинных коридорах необходимо одновременно включать и выключать несколько осветительных приборов разом. Шлейфовое подключение в данной ситуации оптимально. Сложность замены лампочки или узла на участке зависит от типа электропроводки и отделки помещения.

При составлении схемы электрической сети в квартире и покупке лампочек для осветительных приборов важно учитывать уровень напряжения. Последовательное соединение означает, что напряжение делится поровну на количество лампочек. Например, если устанавливают две подряд, значение на каждой будет по 110В, а не 220В.

При покупке вторичного жилья следует убедиться, что в технической документации присутствует действующая схема электропроводки. Наличие плана позволит безопасно сделать ремонт и корректно подключить новые точки питания, лампы.

Электромонтажники в сложных схемах всегда используют оба типа соединения. С одной стороны, такой подход снижает общее количество расходных материалов. С другой, позволяет в каждом конкретном помещении реализовать преимущества обоих методов врезки кабеля. При самостоятельном подключении необходимо детально разобраться в аспектах каждого вида, по возможности – проконсультироваться с мастером. В противном случае, велика вероятность некорректного соединения и сбоев в работе.

Виды соединения в последовательных цепях презентация. Презентация на тему “последовательное и параллельное соединение проводников”

Цель урока: 1. Познакомить учащихся с последовательным и параллельным соединением проводников 2. Закономерностями существующими в цепи с последовательным и параллельным соединением проводников. Применение 3. Научить решать задачи по теме:Последовательное и параллельное соединение проводников 4. Закрепить знания учащихся о различных соединениях проводников и сформировать умения рассчитывать параметры комбинированных цепей

Достоинства и недостатки последовательного соединения Достоинства: Имея элементы, рассчитанные на малое напряжение(например, лампочки), можно соединить их последовательно в необходимом количестве и подключить источнику с большим напряжением (так устроены ёлочные гирлянды) Недостаток: Достаточно одному прибору (или элементу) выйти из строя, как цепь размыкается, и все остальные приборы не работают

Достоинства и недостатки параллельного соединения Достоинства: Если одна из ветвей выходит из строя остальные продолжают работать. При этом каждую ветвь можно подключать и отключать отдельно Недостаток: Можно включать приборы, рассчитанные только на данное напряжение

Применение последовательного соединения Основным недостатком последовательного соединения проводников является то, что при выходе из строя одного из элементов соединения отключаются и остальные Так, например, если перегорит одна из ламп ёлочной гирлянды, то погаснут и все другие Указанный недостаток может обернуться и достоинством Представьте себе, что некоторую цепь нужно защитить от перегрузки: при увеличении силы тока цепь должна автоматически отключаться Как это сделать?(Как это сделать?(Например, использовать предохранители) Приведите примеры применения последовательного соединения проводников

Применение параллельного соединения В одну и ту же электрическую цепь параллельно могут быть включены самые различные потребители электрической энергии Такая схема соединения потребителей тока используется, например, в жилых помещениях Вопрос учащимся: Как соединены между собой электрические приборы в вашей квартире?

Можно ли использовать две одинаковые лампы, рассчитанные на 110 В, в сети с напряжением 220 В? Как? Сколько одинаковых резисторов было соединено последовательно, если каждый из них имеет сопротивление 50 Ом, а их общее сопротивление 600 Ом? Два резистора, сопротивления которых 5 Ом и 10 Ом, подключены параллельно к батарейке. Сила тока в каком из них больше? Как изменится сопротивление электрической цепи, если подключить к любому звену цепи ещё один резистор: а) последовательно б) параллельно? Как нужно соединить четыре резистора, сопротивления которых 0,5 Ом, 2Ом, 3,5 Ом и 4 Ом, чтобы их общее сопротивление было 1 Ом? Проверка знаний

СОШ №20 Должность: учитель физики Последовательное соединение проводников соединение проводников без разветвлений, когда конец одного проводника соединен с началом другого проводника . При последовательном соединении проводников : – сила тока, протекающего через каждый…

Последовательное и параллельное соеди…

… «Курьинская средняя общеобразовательная школа» Последовательное и параллельное соединение проводников . Урок физики 8 класс Тип… Тема урока: «Последовательное и параллельное соединения проводников ».

Цели урока: сформулировать законы последовательного и параллельного соединения проводников . Задание 1 …

Изучение последовательного и параллел…

Романовского района. ЦЕЛИ УРОКА: Проверить законы последовательного и параллельного соединения проводников . Оборудование: Источник тока Два проволочных… напряжение чем 220 В. Вывод При последовательном соединении проводников напряжение на концах рассматриваемого участка цепи…

Напряженность и потенциал электростатического поля в проводнике В проводниках имеются электрически заряженные частицы – носители заряда… – комбинации параллельных и последовательных соединений конденсаторов. 4.2. Соединение конденсаторов 1) Параллельное соединение : Общим является напряжение U …

8pow

Сопротивление. Единицы сопротивления. Закон Ома для участка цепи.

7. Последовательное соединение проводников . 8. Параллельное соединение проводников . 9. Работа электрического тока. 10. Мощность электрического тока. 11 …

Для участка цепи. Последовательное соединение проводников . Параллельное соединение проводников . Работа электрического тока. Мощность электрического тока. Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца. 4. Последовательное соединение проводников . Принципиальная схема Монтажная…

2. Какие физические величины сохраняются при последовательном соединении проводников Чему равно общее сопротивление при последовательном соединении проводников ? Ответ При последовательном соединении сила тока во всех резисторах одинакова, а…

Паре зажимов (точек или узлов цепи) называется параллельным Свойства соединений проводников ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ Сила тока: Сила тока во всех участках цепи одинакова. Сила…

На опыте показана зависимость между силой тока, напряжением и соротивлением при последовательном соединении. Имеются электрические схемы последовательного соединения и решениезадач по данным схемам.

Просмотр содержимого документа

«Презентация к уроку “Последовательное соединение проводников”.»

Условное обозначение

Название

Гальванический

Резистор

Амперметр

Вольтметр

Физические величины и их буквенные обозначения.

Сила тока

Напряжение

Сопротивление

Ампер

Вольт

Сила тока

Напряжение

Сопротивление

Физические величины и приборы для их измерения.

Амперметр

Вольтметр

Сила тока

Напряжение

Георг Симон Ом

Знаменитый немецкий физик

Сила тока (А)

I 1

I 2

Напряжение (В)

U 1

U 2

Сопротивление (Ом)

R 1

R 2

• При последовательном соединении сила тока в любых частях цепи одна и та же, т. е.

I = I 1 = I 2 .

Полное напряжение в цепи при последовательном соединении, или напряжение на полюсах источника тока, равно сумме напряжений на отдельных участках цепи:

U = U 1 + U 2

• Общее сопротивление цепи при последовательном соединении равно сумме сопротивлений отдельных проводников:

R = R 1 + R 2 .

15 Ом

20 Ом

1. По схеме, изображенной на рис. 17, определите

показания амперметра и общее сопротивление

в электрической цепи, если R 1 = 5 Ом, R 2 = 3 Ом.

2. Каковы показания амперметра и общее

сопротивление электрической цепи,

изображенной на рис. 18, если R 1 = 10 Ом, R 2 = 2 Ом?

3.

По схеме, изображенной на рис. 21,

определите показания амперметра и

сопротивление R2, если R1 = 4 Ом.

Повторение

Чижова Вера Александровна

Учитель физики и информатики

МБОУ СОШ п. Красное,

Ненецкий автономный округ.

• Скорость перемещения заряда по проводнику
• Заряд, проходящий по проводнику за 1с
• Обозначается ()
• Единица измерения (А) ампер
• Измеряется амперметром
• Зависит от напряжения и сопротивления (Закон Ома)

• Напряжение – это работа электрического поля по перемещению единичного заряда (1Кл) по проводнику
• Обозначается буквой (U)
• Измеряется вольтметром
• Единица измерения (В) вольт

• Свойство проводника оказывать препятствие движению заряженных частиц по проводнику под действием электрического поля
• Обозначается R
• Единица измерения (Ом)
• Зависит от физических свойств проводника

Законы последовательного соединения проводников

• Сила тока одинакова на всех участках цепи
• Общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных участков цепи
• Общее напряжение равно сумме напряжений на отдельных участках

• 1)Требуется изготовить елочную гирлянду из лампочек. рассчитанных на напряжение 6 В, чтобы ее можно было включить в сеть напряжением 120 В. Сколько для этого надо взять лампочек?

• А)4. Б)8 В)16 Г)20 Д)30.

• 2)Определите общее сопротивление цепи, если сопротивление подводящих проводов 2 Ом, включенной части реостата
• 64 Ом и лампы 294 Ом (рис. 159).

• 1. 240 Ом; 2. 180 Ом; 3. 100 Ом; 4. 120 Ом; 5. 360 Ом.

• 3)При измерении напряжения на проводнике R 1 оно оказалось равным 12 В. Когда вольтметр подключили к проводнику R 2 , то он показал 45 В (рис. 160). Вычислите сопротивление R 2, если R 1 =40 Ом.

• А)360 Ом; Б)135 Ом; В)150 Ом; Г)4 Ом; Д)40 Ом.

• 4)В каждом из двух нагревательных элементов кипятильника сила тока 5 А. Определите силу тока в подводящих проводах, если элементы соединены последовательно.

• А)25 А; Б)5 А; В)10 А; Г)2,5 А.

• 5)Проводники сопротивлением 2. 4 и 6 Ом соединены последовательно и включены в сеть напряжением 36 В. Вычислите силу тока в проводниках.

• А)3 А; Б)0.33 А; В)432 А; Г) 0,5 А; Д) 0,3 A .

• 1)Сила тока в проводнике R 1 равна 4 А. Какова сила тока в проводнике R 2 (рис. 161).

• А)4 А; Б) 2 А; В) 8 А; Г)16 А.

• 2)Сопротивление лампы R 1=300 Ом, а напряжение на ней 90 В. Что покажет вольтметр, если его подключить к лампе сопротивлением R2=400 Ом (рис. 162)?

• А)240 В; Б)180 В; В)100 В; Г)120 В; Д)360 В.

• 3)В сеть напряжением 120 В включены последовательно три одинаковые лампы (рис. 163). Какое напряжение на каждой из них?

• А)360 В; Б)120 В; В)60 В; Г)4 В; Д)40 В.

• 4)На рисунке 164 изображен ступенчатый реостат, в котором сопротивления R 1= R 2= R 3=…= R 5=10 Ом. Вычислите сопротивление при данном положении подвижного контакта К.

• А)20 Ом; Б)50 Ом; В)40 Ом; Г)30 Ом; Д)3,3 Ом.

• 5)Электрическую лампу сопротивлением R и амперметр включили в сеть напряжением 200 В так, как изображено на рисунке 165. Вычислите сопротивление R , если амперметр показывает силу тока 0,5 А. Сопротивление лампы 240 Ом.

• А)120 Ом; Б)160 Ом; В)260 Ом; Г) 60 Ом.

• В цепи с напряжением 12В подключен резистор сопротивлением 2(Ом). Какого сопротивления надо подключить еще один резистор, чтобы сила тока была 2А

Повторение: последовательное соединение проводников

• В цепи с напряжением источника 12В подключены два резистора и лампочка. Напряжение на лампочке 5В, на первом резисторе 3В. Сопротивление второго резистора 6(Ом). Определить сопротивления первого резистора и лампочки

• Сила тока в неразветвленной части цепи равно сумме токов в разветвлениях
• Напряжение на всех параллельных участках одинаково
• Обратная величина общего сопротивления равна сумме обратных величин сопротивлений всех параллельных участков

Задачи на параллельное соединение потребителей

Сопротивления резисторов соответственно равны 4,6,12(Ом). Определить силу тока в каждом резисторе, если напряжение между точками А и В равно 24В. Определить силу тока в неразветвленной части цепи

Силы тока в резисторах соответственно равны 2А, 1,5А, 3А. Определить сопротивление резисторов, если напряжение между точками А и В равно 16В.

Д/з § 48,49 упр.22(1,2), упр.23(3)

Слайд 2

Последовательное соединение проводников

При последовательном соединение проводников конец одного проводника соединяется с началом другого и т.д. На рисунках изображены цепь последовательного соединения двух лампочек и схема такого соединения. Если сгорит одна из лампочек, то цепь разомкнется и другая лампочка погаснет.

Слайд 3

Законы последовательного соединения

При последовательном соединении проводников сила тока на всех участках цепи одинакова: По закону Ома, напряжения U1 и U2 на проводниках равны: Общее напряжение U на обоих проводниках равно сумме напряжений U1 и U2: где R – электрическое сопротивление всей цепи. Отсюда следует: При последовательном соединении полное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников.

Слайд 4

Параллельное соединение проводников

При параллельном соединении проводников их начала и концы имеют общие точки подключения к источнику тока.

Слайд 5

Законы параллельного соединения проводников

При параллельном соединении напряжения U1 и U2 на всех участках цепи одинаковы: Сумма токов I1 и I2, протекающих по обоим проводникам, равна току в неразветвленной цепи: Записывая на основании закона Ома: где R – электрическое сопротивление всей цепи, получим При параллельном соединении проводников величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.

Слайд 6

Задача1Два проводника соединены последовательно. Сопротивление одного проводника R = 2 Ом, другого R= 3 Ом. Показание амперметра, соединённого с первым проводником, I= 0,5 Ом. Определить силу тока, текущего через второй проводник, общую силу тока в цепи, общее напряжение цепи.

Слайд 7

Решение задачи

Дано: R1= 2 ОмR2= 3 ОмI1= 0,5 АРешение: I1= I2= Iu; I2= Iu= 0, 5 АU1= I1R1; U1= 0.5 x 2= 1 (В)U2= I2R2; U2= 0.5 x 3= 1, 5 (В)Uu= U1+U2; Uu= 1+1, 5 = 2, 5 (В) I2, Iu, Uu=? Ответ: I2= Iu= 0, 5 А, Uu= 2, 5 В.

Слайд 8

Задача 2.

Слайд 9

Слайд 10

Слайд 11

Слайд 12

Слайд 13

Слайд 14

Задача 3.

Доктора Ватсона и Шерлока Холмса в новогоднюю ночь пригласили в гости друзья. И, вдруг, как гласит один из законов Мерфи: “Все, что должно сломаться, обязательно сломается, причем в самый неподходящий момент”. И, что же произошло? Когда хозяин дома стал включать елочную гирлянду для детей, одна из лампочек рассчитанных на напряжение в 3,5 В перегорела. Дети расстроились, хозяин в панике, ведь под рукой нет запасной лампочки. Надо спасать праздник, решил Холмс. И, попросив всех успокоиться, Холмс произнес магические слова и сделал одно действие. Ко всеобщей радости детей, гирлянда загорелась. Позже доктор Ватсон спросил у Холмса, что же он сделал? Что же ответил Холмс?

Слайд 15

Преимущества и недостатки соединений

Пример последовательного соединения: гирлянда. Пример параллельного соединения: лампы в кабинете. Преимущества и недостатки соединений: Параллельное – при перегорании одной лампы, остальные горят. Но при включении лампы с меньшим возможным напряжением она перегорит. Последовательное – лампы с меньшим возможным напряжением включают в цепь с большим напряжением, но при перегорании одной лампы все не будут гореть.

Слайд 16

Домашнее задание:

Приведите примеры последовательных и параллельных соединений проводников у вас дома. Повт. § 48, 49. Упр. 22 (2), упр.23(3,4).

Посмотреть все слайды

Последовательное соединение резисторов. Схема соединения и примеры расчета

Во многих электрических схемах мы можем обнаружить последовательное и параллельное соединение резисторов. Разработчик схем может, например, объединить несколько резисторов со стандартными значениями (E-серии), чтобы получить необходимое сопротивление.

Последовательное соединении резисторов — это такое соединение, при котором ток, протекающий через каждый резистор одинаков, поскольку имеется только одно направление для протекания тока. В тоже время падение напряжения будет пропорционально сопротивлению каждого резистора в последовательной цепи.

Паяльная станция 2 в 1 с ЖК-дисплеем

Мощность: 800 Вт, температура: 100…480 градусов, поток возду…

Последовательное соединение резисторов

На рисунке ниже, резисторы R1, R2 и R3 связаны друг с другом последовательно между точками А и В с общим током I, который протекает через них.

Эквивалентное сопротивление нескольких последовательно соединенных резисторов можно определить по следующей формуле:

R = R1 + R2 + R3

То есть, в нашем случае общее сопротивление цепи будет равно:

R = R1 + R2 + R3 = 1 кОм + 2 кОм + 6 кОм = 9 кОм

Таким образом, мы можем заменить эти три резистора всего лишь одним «эквивалентным» резистором, который будет иметь значение 9 кОм.

Держатель для платы

Материал: АБС + металл, размер зажима печатной платы (max): 20X14 см…

Там, где четыре, пять или более резисторов связаны вместе в последовательную цепь, общее или эквивалентное сопротивление всей цепи так же будет равно сумме сопротивлений отдельных резисторов.

Следует отметить, что общее сопротивление любых двух или более резисторов, соединенных последовательно всегда будет больше, чем самое большое сопротивление резистора входящего в эту цепь. В приведенном выше примере R = 9 кОм, тогда как наибольшее значение резистора только 6 кОм (R3).

Напряжение на каждом из резисторов, соединенных последовательно, подчинено другому правилу, нежели протекающий ток. Как известно, из приведенной выше схемы, что общее напряжение питания на резисторах равно сумме разности потенциала на каждом из них:

Используя закон Ома , напряжение на отдельных резисторов может быть вычислена следующим образом:

В итоге сумма разностей потенциалов на резисторах равна общей разности потенциалов всей цепи, нашем примере это 9В.

В частности, ряд резисторов, соединенных последовательно, можно рассматривать как делитель напряжения:

Пример № 1

Используя закон Ома, необходимо вычислить эквивалентное сопротивление серии последовательно соединенных резисторов (R1. R2, R3), а так же падение напряжения и мощность для каждого резистора:

Все данные могут быть получены с помощью закона Ома и для лучшего понимания представлены в виде следующей таблицы:

Пример № 2

Необходимо рассчитать падение напряжения на выводах «А» и «В»:

а) без подключенного резистора R3

б) с подключенным резистором R3

Как вы можете видеть, выходное напряжение U без нагрузочного резистора R3, составляет 6 вольт, но то же выходное напряжение при подключении R3 становится всего лишь 4 В. Таким образом, нагрузка, подключенная к делителю напряжения, провоцирует дополнительное падение напряжение. Данный эффект снижения напряжения может быть компенсирован с помощью потенциометра установленного вместо постоянного резистора, с помощью которого можно скорректировать напряжение на нагрузке.

Онлайн калькулятор расчета сопротивления последовательно соединенных резисторов

Чтобы быстро вычислить общее сопротивление двух и более резисторов, соединенных последовательно, вы можете воспользоваться следующим онлайн калькулятором:

Подведем итог

Когда два или несколько резисторов соединены вместе (вывод одного соединяется с выводом другого резистора) — то это последовательное соединение резисторов. Ток, протекающий через резисторы имеет одно и тоже значение, но падение напряжения на них не одно и то же. Оно определяется сопротивлением каждого резистора, которое рассчитывается по закону Ома (U = I * R).

Последовательное и параллельное соединение проводников – формулы и примеры расчетов

В электроцепи ток движется от источника к нагрузке. В этих схемах применяются всевозможные элементы, имеющие конкретное сопротивление. В соответствии с выполняемыми задачами в электроцепях может практиковаться последовательное и параллельное соединение проводников. Однако иногда приходится использовать сочетание этих видов подключения. Такой вариант назван смешанным. На этапе проектирования электроцепей необходимо учитывать все их особенности.

Последовательное соединение

При данном типе подключения проводники монтируются один за другим. В результате конец первого является началом второго и т. д. Особенность такого соединения заключается в отсутствии разветвлений. Со свойствами созданной этим способом электроцепи можно познакомиться на примере схемы с двумя потребителями, выключателем и источником питания. Последовательное подсоединение проводников обладает несколькими особенностями:

• сила тока при последовательном соединении одинакова в любом потребителе;
• общее напряжение соответствует сумме напряжений на всех нагрузках;
• сопротивление электроцепи составляют показатели сопротивления каждого потребителя.

Этот тип подключения предполагает возможность использования любого числа нагрузок. На этапе конструирования цепи следует помнить, что показатель общего сопротивления обязательно будет превышать уровень сопротивления отдельного участка. Этот факт объясняется увеличением длины проводов. В результате можно получить формулу для определения сопротивления всей цепи: R = R * n. В ней n равно числу проводников.

Что касается напряжения (U), то этот показатель на любом участке электроцепи будет меньше суммарного показателя в n раз. Например, если в бытовую электросеть с U = 220 В подключить 5 лампочек равной мощности, то напряжение на каждом элементе составит 44 вольта.

Также в процессе конструирования электроцепей важно помнить еще об одной важнейшей особенности последовательного подсоединения. Если в процессе работы выходит из строя даже один проводник, то ток не сможет проходить по всей схеме. Отличным примером, иллюстрирующим это свойство, будет ёлочная гирлянда. Достаточно сгореть одной лампе, и вся конструкция перестанет функционировать. Чтобы обнаружить вышедший из строя элемент, придется проверить всю гирлянду.

Параллельное подключение

Этот тип подсоединения предполагает установку проводников в общих начальных и конечных точках. В результате нагрузки монтируются параллельно, а их количество может быть любым. Для исследования главных свойств такой электроцепи необходимо собрать простую схему, состоящую из источника питания, выключателя и двух ламп. Ко всем нагрузкам также необходимо подключить по амперметру. Еще один прибор этого типа предназначен для измерения показателя общего сопротивления.

Если замкнуть ключ, то измерительные приборы, подсоединенные к нагрузке, покажут значение токовой нагрузки I1 и I2. На общем амперметре в такой ситуации можно будет увидеть суммарное значение токов на каждом из двух участков схемы. Это существенно отличает параллельное соединение от последовательного. В случае если одна нагрузка выходит из строя, то остальные продолжат свою работу. Именно поэтому в бытовых электросетях используется параллельное подсоединение.

Благодаря применению аналогичной схемы, появится возможность определить напряжение при параллельном соединении. Для этого нужно добавить в нее еще один прибор — вольтметр. Полученный с его помощью результат измерения будет общим для любого участка схемы. После этого можно провести расчет параллельного соединения резисторов. Чтобы решить такую задачу, нужно применить закон Ома. Он гласит, что сила тока равна отношению напряжения к сопротивлению.

Это позволяет вывести следующую формулу — U/R = U1/R1 + U2/R2. В ней R и U — показатели суммарного сопротивления и напряжения электроцепи соответственно. U1, U2, R1 и R2 — значения напряжения и сопротивления на первом и втором потребителе. Так как электроток одинаков для всей схемы, то формула для определения сопротивление при параллельном соединении примет вид — 1/R = 1/R1 + 1/R2.

Это говорит о том, что при этом виде подсоединения потребителей сопротивление имеет невысокое значение. Следовательно, токовая нагрузка тока существенно увеличится.

Данный факт необходимо учитывать при подключении к домашней электрической сети большого числа электроприборов. В такой ситуации возможен перегрев проводов.

Основные законы

Проектирование электрических цепей предполагает наличие хороших знаний основных закономерностей последовательного и параллельного подключения нагрузки. Это касается не только закона Ома, но и постулатов Кирхгофа. Эти физики внесли большой вклад в развитие электротехники. Для более простого восприятия основных законов все формулы стоит рассматривать в следующей последовательности:

• при последовательном соединении через каждый участок цепи протекает ток одинаковой силы;
• общее сопротивление схемы при последовательном подключении равно сумме сопротивления всех проводников;
• напряжение в электросети при параллельном подключении одинаково для каждого участка;

В соответствии с первым законом Кирхгофа, алгебраическая сумма токов в узле всегда равна нулю. Благодаря этому, можно получить формулу для нахождения эквивалентного сопротивления цепи, если известно сопротивление каждой нагрузки. Она имеет следующий вид: Ro =R1*R2 / R1+R2.

Для последовательного соединения нагрузок применим второй закон Кирхгофа. Согласно ему, сумма ЭДС в замкнутом электрическом контуре равна сумме падений напряжений на каждой нагрузке. В результате общее сопротивление можно определить с помощью следующей формулы: Ro = R1 + R2.

Также можно рассчитать и индуктивность при различных видах соединения катушек. В случае с последовательным все довольно просто, достаточно использовать следующую формулу: Lo = L1 + L2. По сути, вместо двух элементов можно установить один с соответствующим показателем индуктивности.

При параллельном подсоединении катушек ситуация усложняется, так как возможны три варианта:

• магнитные поля катушек не пересекаются: Lo = L1 * L2 / L1 + L2;
• катушки подсоединены в одном направлении и их поля пересекаются: Lo = L1 * L2-М² / L1 + L2 — 2 М;
• пересечение полей наблюдается при встречном подсоединении: Lo = L1 * L2-М² / L1 + L2 + 2 М.

Сегодня часто для расчета этих и других показателей, например, емкости конденсатора, можно использовать онлайн-калькулятор.

Особенности применения

Каждый из методов подключения нагрузки нашел свое применение в быту и промышленности. Параллельный способ целесообразно использовать в ситуации, когда электроприбор требуется целенаправленно отключать. Примером здесь может стать электрический звонок, соединенный последовательно с источником питания и кнопкой. В соответствии с этим же принципом работает и ручной фонарик, состоящий из светодиода, ключа и батарейки.

Однако последовательное включение приборов не всегда позволяет решить поставленные задачи. В каждой квартире присутствует большое количество осветительных приборов. Если все их соединить последовательно, то они будут включаться и отключаться одновременно, что требуется крайне редко. Именно люстры принято подключать параллельно. В результате у потребителя появится возможность активировать нужное в данный момент количество ламп. Благодаря этому, достигается требуемая освещенность помещения и экономится электрическая энергия.

В быту чаще всего используется смешенное подключение нагрузок. Этот вид подсоединения проводников является сочетанием параллельного и последовательного соединения. При этом на стадии проектирования электросети крайне важно учитывать все преимущества и недостатки каждого типа подсоединения. Для определения необходимых показателей общую цепь следует разделить на простые участки, а полученные результаты затем суммируются.

Предыдущая

ФизикаГармонические колебания – характеристика, закон и формулы

Следующая

ФизикаЗакон Кулона – взаимодействие электрических зарядов, формула и задачи

Задачи на параллельное и последовательное соединение проводников с решением

Что бы ни происходило в мире, учиться надо всегда. Кстати, для тех, кто не знает, как организовать учебу на удаленке, мы подготовили отдельную статью. А сегодня займемся решением задач на последовательное и параллельное соеднинение проводников. Решение задач – отличный способ, чтобы успокоить нервы и не поддаваться панике.

Присоединяйтесь к нам в телеграме: там вас ждут актуальные новости и приятные скидки.

Последовательное и параллельное соединение проводников: решение задач

Как решать задачи с параллельным и последовательным соединением проводников? Для начала повторите теорию, вспомните общую памятку по решению физических задач и на всякий случай держите под рукой формулы.

Задача №1 на последовательное соединение проводников

Условие

Проводники сопротивлением 20 Ом и 30 Ом соединены последовательно. Напряжение на концах первого проводника равно 12 В. Определите напряжение, сопротивление и силу тока в цепи на втором проводнике, а также полное напряжение.

Решение

По закону Ома:

Для последовательного соединения проводников:

Ответ: 50 Ом; 18 В; 0,6 А; 30 В.

Задача №2 на параллельное соединение проводников

Условие

Два проводника соединены параллельно. Сила тока в первом проводнике равна 0,5 А, во втором — 1 А. Сопротивление первого проводника составляет 18 Ом. Определите сопротивление второго проводника и силу тока на всем участке цепи.

Решение

Для параллельного соединения:

По закону Ома:

При решении задач не забывайте проверять размерности величин и при необходимости переводить их в систему СИ.

Ответ: 1,5 А; 9 Ом.

Задача №3 на последовательное и параллельное соединение проводников

Условие 

Электрогрелка состоит из трех одинаковых секций. Во сколько раз быстрее грелка будет нагревать некоторое количество воды от 10 до 100 градусов Цельсия при параллельном включении всех секций, нежели при последовательном их включении? 

Решение

Пусть сопротивление каждой секции равно R. Тогда при параллельном включении их в сеть напряжение на каждой секции равно напряжению в сети (U), и на трех секциях будет выделяться тепло:

При последовательном соединении суммарное сопротивление цепи равно 3R, а выделяющееся количество теплоты:

Как видим, выделяющееся тепло для первой схемы в 9 раз больше, так что и скорость нагрева воды будет в 9 раз выше.

Ответ: в 9 раз.

Задача №4 на смешанное соединение проводников

Условие

Участок цепи состоит из двух последовательно соединенных сопротивлений, каждое из которых равно 1 Ом. К этим двум резисторам параллельно подключают еще одно сопротивление, значение которого составляет 2 Ом. Всю эту цепь подключают к источнику тока, который создает на концах данного соединения напряжение 2,4 В. Определите силу тока во всей электрической цепи.

Решение

Согласно схеме, искомая сила тока – это сила тока, протекающая через амперметр.  

Резисторы R1 и R2 соединены последовательно, резистор R3 – параллельно к ним. 

Резисторы 1 и 2 можно заменить эквивалентным сопротивлением R со штрихом и перерисовать схему в упрощенном виде:

Сопротивления R3 и R со штрихом соединены параллельно, можно найти общее сопротивление электрической цепи по формуле для параллельного соединения:

Теперь цепь можно перерисовать в еще более упрощенном виде и рассчитать силу тока по закону Ома:

Ответ: 2.4 А.

Задача №5 на закон Кирхгофа

Правила Кирхгофа применяются для расчета сложных электрических цепей.

Условие

Три сопротивления R1 = 5 Ом, R2 = 1 Ом, R3 = 3 Ом и два источника тока соединены так, как показано на рисунке. Внутренними сопротивлениями  источников тока можно пренебречь. ЭДС первого источника тока равна 1,4 В, и сила тока, текущего через сопротивление R3, равна I3= 1 А.  Определите ЭДС второго источника тока.

Решение

Выберем направление обхода контуров по часовой стрелке и запишем закон Кирхгофа для точки A (расположим ее между двумя источниками и сопротивлением R2)  и двух контуров:

Подставим числа, получим

Решая систему уравнений, получаем ответ: Е2=3.6 В.

Ответ: 3.6 В.

Вопросы на параллельное и последовательное соединение проводников

Вопрос 1. Схематически изобразите последовательное соединение проводников

Ответ. На рисунке ниже изображен участок цепи с последовательно соединенными проводниками:

Вопрос 2. Схематически изобразите параллельное соединение проводников

Ответ. На рисунке ниже изображено параллельное соединение проводников:

Вопрос 3. Приведите основные формулы и соотношения для последовательного соединения проводников.

Ответ. При последовательном соединении:

1. Сила тока во всех проводниках одинакова.
   
2. Общее напряжение равно сумме напряжений на каждом проводнике.
   
3. Полное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников.
   

Вопрос 4. Приведите основные формулы и соотношения для параллельного соединения проводников.

Ответ. Для параллельного соединения проводников:

1. Напряжение на всех проводниках одинаково.
   
2. Сила тока в неразветвленной цепи равна сумме токов в параллельно соединенных проводниках.
   
3. Величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.
   

Вопрос 5. Какие электрические цепи нельзя рассчитать с помощью формул для последовательного и параллельного соединения проводников?

Ответ. С помощью приведенных выше формул можно рассчитать лишь относительно простые электрические цепи. Для расчета сложных цепей, включающих в себя несколько источников тока и состоящих из многих резисторов, применяются правила Кирхгофа.

Нужна помощь в решении задач или любых других учебных заданий? Обращайтесь в профессиональный сервис для учащихся: мы найдем верное решение.

Последовательное и параллельное соединение конденсаторов

Для достижения нужной емкости или при напряжении, превышающем номинальное напряжение, конденсаторы, могут соединяться последовательно или параллельно. Любое же сложное соединение состоит из нескольких комбинаций последовательного и параллельного соединений.

Последовательное соединение конденсаторов

При последовательном соединении, конденсаторы подключены таким образом, что только первый и последний конденсатор подключены к источнику ЭДС/тока одной из своих пластин. Заряд одинаков на всех пластинах, но внешние заряжаются от источника, а внутренние образуются только за счет разделения зарядов ранее нейтрализовавших друг друга. При этом заряд конденсаторов в батарее меньше, чем, если бы каждый конденсатор подключался бы отдельно. Следовательно, и общая емкость батареи конденсаторов меньше.

Напряжение на данном участке цепи соотносятся следующим образом:

Зная, что напряжение конденсатора можно представить через заряд и емкость, запишем:

Сократив выражение на Q, получим знакомую формулу:

Откуда эквивалентная емкость батареи конденсаторов соединенных последовательно:

Параллельное соединение конденсаторов

При параллельном соединении конденсаторов напряжение на обкладках одинаковое, а заряды разные.

Величина общего заряда полученного конденсаторами, равна сумме зарядов всех параллельно подключенных конденсаторов. В случае батареи из двух конденсаторов:

Так как заряд конденсатора

А напряжения на каждом из конденсаторов равны, получаем следующее выражение для эквивалентной емкости двух параллельно соединенных конденсаторов

Пример 1

Какова результирующая емкость 4 конденсаторов включенных последовательно и параллельно, если известно что С₁ = 10 мкФ, C₂ = 2 мкФ, C₃ = 5 мкФ, а C₄ = 1 мкФ?

При последовательном соединении общая емкость равна:

При параллельном соединении общая емкость равна:

Пример 2

Определить результирующую емкость группы конденсаторов подключенных последовательно-параллельно, если известно, что С₁ = 7 мкФ, С₂ = 2 мкФ, С₃ = 1 мкФ.

Сначала найдем общую емкость параллельного участка цепи:

Затем найдем общую емкость для всей цепи:

По сути, расчет общей емкости конденсаторов схож с расчетом общего сопротивления цепи в случае с последовательным или параллельным соединением, но при этом, зеркально противоположен.

Советуем прочесть – Заряд и разряд конденсатора

Просмотров:

Законы последовательного и параллельного соединения проводников

В основном элементы электрических цепей соединяют между собой параллельным либо последовательным методом. Электрику необходимо знать определения этих видов связей, иметь представление о различиях между ними и вариантах практического применения.

Последовательно соединенные проводники

Последовательное соединение

Этот способ подразумевает, что все приборы, входящие в состав электроцепи, связываются между собой проводами так, что во фрагменте цепи, где происходит включение, отсутствуют какие-либо узелки. При последовательном соединении проводников значение токовой силы в разных участках будет иметь одно и то же значение. Это связано с тем, что в безузловой цепи электронный заряд идет по одному и тому же проводнику.  Чтобы вычислить общий показатель цепного напряжения, нужно сложить данные по всем фрагментам цепи:

U = U1 + U2 +…+Un.

При объединении аккумуляторных или гальванических единиц в одну батарею последовательный способ поможет увеличить рабочее напряжение.

Резисторы

Общее сопротивление цепи с последовательно связанными резисторами высчитывается по тому же правилу, что и напряжение: оно равно сумме показателей для каждого элемента.

Катушка индуктивности

Когда дроссели соединены последовательно так, чтобы магнитное поле каждой катушки не накладывалось на соседние дроссели, общая индуктивность такого соединения будет равна сложенным параметрам всех катушек:

L = L1+L2 +…+Ln.

Электрический конденсатор

Когда несколько конденсаторов соединяется между собой в цепь, соотношение их емкостей может быть описано такой формулой:

1/С = 1/С1 +1/С2 +…+ 1/Cn.

Мемристоры

Мемристивность цепи оценивается как сумма показателей всех подсоединенных компонентов:

M = M1 +M2 +… + Mn.

Выключатели

Если несколько таких устройств подсоединены в цепь последовательно, она будет замкнутой только при замыкании всех устройств. Если хоть один переключатель разомкнуть, цепь также размыкается. При выходе из строя какого-либо устройства остальные тоже перестанут функционировать. Это правило распространяется и на цепь из нескольких розеток.

Для домашней разводки проводов

Хотя данный способ потенциально мог бы принести потребителю определенные выгоды (экономия проводников, упрощение подключения заземления), на практике для подключения бытовых электроприборов он не используется. Это связано с тем, что неисправность одного из устройств приводит к прекращению функционирования остальных. Этот пример можно проиллюстрировать на елочной гирлянде: в ней используется именно рассматриваемый тип соединения, в случае перегорания какой-либо из ламп остальные затухают. Именно поэтому электроприборы в домашнюю сеть всегда подключаются параллельно.

Важно! При принятии решения соединить последовательно несколько устройств целесообразно составить таблицу их мощностей и оценить на предмет величины перепадов. Если подключить в одну электроцепь, например, нагреватель воды с большой мощностью, потребляющий много энергии, и маломощный прибор вроде старого приемника, более мощный прибор не сможет работать.

Практическое использование последовательной схемы

Для замены кабелей

Если соединить несколько кабелей в одну линию, в случае перегорания какого-либо из элементов ток будет пропадать на всей протяженности конструкции. Поэтому подключение параллельных проводников является более практичным вариантом. Его применяют в качестве замены толстого провода, подходящего для высокомощных нагрузок. Когда такого провода нет в наличии, подключают серию более тонких, в сумме они переносят ток, эквивалентный одному толстому. Нужные сечения находят расчетным путем, опираясь на данные о потерях напряжения. Такие конструкции широко применяются при обустройстве электролиний большой протяженности.

Параллельное соединение

Параллельное соединение проводников предполагает объединение связываемых сетью приборов посредством двух узловых соединений. В этом случае токовая сила на участке, не принадлежащем разветвлению, равна сумме значений этого параметра для каждого из параллельно подключенных кабелей. Значение напряжения, напротив, одинаковое для любого из элементов соединения:

U = U1 = U2 =…=Un.

Схема параллельного соединения

Резисторы

Когда эти элементы соединены параллельно, значения сопротивлений находятся в таком отношении между собой, что общая проводимость (параметр, обратно пропорциональный сопротивлению, то есть равный 1/R) равна сумме проводимостей всех резисторных элементов:

1/R = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn.

Катушка индуктивности

Общая индуктивность и показатели для каждой из подсоединенных дросселей находятся в таком соотношении:

1/L = 1/L1 + 1/L2 + … + 1/Ln.

Электрический конденсатор

Общая емкость в данном случае будет равной суммированным показателям отдельных приборов:

C = C1 +C2 +…+ Cn.

Мемристоры

При параллельном включении нескольких мемристоров в сеть соотношение их основных характеристик выражается такой формулой:

M = (M1-1 + M2-1 +…+ Mn-1)-1

Выключатели

В случае параллельного подключения нескольких таких устройств цепочка считается замкнутой, когда в этом положении находится хотя бы один переключатель.

Примеры использования

Последовательная схема применяется для соединения компонентов квартирного звонка, карманного фонаря (выключатель, лампа и батарея) и других устройств, в которых необходимо обеспечить активизацию при нажатии кнопки. На ней также построены елочные гирлянды.

Примерами параллельного соединения могут служить люстры и осветительные приборы в квартире. Если в этом случае воспользоваться последовательным вариантом, при включении любой лампы будут включаться и прочие, что совершенно не входит в цели монтажа. Кроме того, в этом случае цепь перестанет работать при неисправности одного из устройств. Подключая лампы параллельно, можно оснастить каждое разветвление собственным выключателем, тогда им можно будет управлять, не затрагивая других элементов.

Важно! В ПУЭ указывается, что силовые нагрузки можно соединять параллельно в том случае, если провод питания может выдержать суммарную нагрузку одновременно работающих устройств. Когда розетки будут установлены, от каждой из них к распредкоробке протягивают прямой провод.

Правила для различных соединений проводников

Для обоих вариантов соединения существуют правила подсчета различных параметров электрической цепи.

Законы последовательной цепи

Законы последовательного соединения имеют такой вид:

• ток на всех участках цепочки идентичен, тогда как напряжение на ее концах равно сумме значений для каждого ее участка;
• у соединенных конденсаторов электрозаряды на обкладках примут одинаковые значения;
• когда в такую цепь соединены резисторы, ток идет в начале через первый элемент, потом через второй и, последовательно проходя все устройства, доходит до последнего (общая величина спада напряжения равна суммированным потерям его для каждого из резисторов).

Законы параллельного соединения проводников

Здесь следующая картина:

• когда электроприбор перегорает, путь электротока не блокируется, а остальные приборы не выключаются;
• ток распределяется на все распараллеленные участки и принимает на них разные значения, напряжение везде остается прежним;
• при подключении конденсаторов заряд на каждом из них равен произведению напряжения (одинакового для всех) и емкости конкретного устройства, общая емкость равна суммированным показателям всех приборов.

Смешанное соедиение проводников

Смешанное соединение – сложная конфигурация из нескольких проводников, часть из которых коммуницируют параллельно, часть – последовательно. Чтобы рассчитать значения разных показателей (ток, сопротивление и т.д.) для такого соединения, его разбивают на структурные элементы и проводят вычисления для каждого из них. При подсчете данных для укрупненных единиц их можно заменять на эквивалентные.

Примеры смешанных схем

При соединении нескольких устройств в одну цепочку важно выбрать правильный способ соединения. Если он не будет соответствовать практическим задачам, устройства не будут функционировать корректно.

Видео

Основы

, режимы передачи, синхронные и асинхронные последовательные протоколы

Прежде чем приступить к протоколам последовательной связи, давайте разберем терминологию на три части. Связь – это очень хорошо известная терминология, которая включает обмен информацией между двумя или более носителями. Во встроенных системах коммуникация означает обмен данными между двумя микроконтроллерами в виде битов. Этот обмен битами данных в микроконтроллере осуществляется некоторым набором определенных правил, известных как протоколы связи .Теперь, если данные отправляются в серии , то есть один за другим, протокол связи известен как Протокол последовательной связи . Более конкретно, биты данных передаются по одному последовательно по шине данных или каналу связи при последовательной связи.

Типы протоколов связи

В цифровой электронике доступны различные типы передачи данных, такие как последовательная связь и параллельная связь.Точно так же протоколы делятся на два типа, такие как протокол последовательной связи и протоколы параллельной связи . Примерами протоколов параллельной связи являются ISA, ATA, SCSI, PCI и IEEE-488. Аналогичным образом существует несколько примеров протоколов последовательной связи, таких как CAN, ETHERNET, I2C, SPI, RS232, USB, 1-Wire, SATA и т. Д.

В этой статье будут обсуждаться различных типов протоколов последовательной связи .Последовательная связь – это наиболее широко используемый подход для передачи информации между периферийными устройствами обработки данных. Каждое электронное устройство, будь то персональный компьютер (ПК) или мобильный телефон, работает по последовательной связи. Протокол представляет собой безопасную и надежную форму связи, имеющую набор правил, адресованных исходному хосту (отправителю) и целевому хосту (получателю), аналогично параллельному обмену данными.

Режимы передачи при последовательной связи

Как уже было сказано выше, при последовательной связи данные отправляются в виде битов i. е. двоичные импульсы, и хорошо известно, что двоичная единица представляет собой высокий логический уровень, а ноль – низкий уровень. Существует несколько типов последовательной связи в зависимости от типа режима передачи и передачи данных. Режимы передачи классифицируются как симплексный, полудуплексный и полнодуплексный.

Симплексный метод:

В симплексном методе одновременно может быть активным любой из носителей, то есть отправитель или получатель. Таким образом, если отправитель передает данные, то получатель может только принять, и наоборот.Таким образом, симплексный метод – это метод односторонней связи . Хорошо известными примерами симплексного метода являются Телевидение и Радио.

Полудуплексный метод:

В полудуплексном методе и отправитель, и получатель могут быть активными, но не одновременно. Таким образом, если отправитель передает, то получатель может принять, но не может отправить, и аналогично наоборот. Хорошо известными примерами полудуплекса является Интернет, где пользователь отправляет запрос данных и получает их с сервера.

Полнодуплексный метод:

В полнодуплексном методе и приемник, и передатчик могут отправлять данные друг другу одновременно. Хорошо известный пример – мобильный телефон.

Помимо этого, для надлежащей передачи данных важную роль играют часы, и они являются одним из основных источников. Неисправность часов приводит к неожиданной передаче данных, иногда даже к потере данных. Таким образом, синхронизация часов становится очень важной при использовании последовательной связи.

Синхронизация часов

Часы отличаются для последовательных устройств и подразделяются на два типа, а именно. Синхронный последовательный интерфейс и асинхронный последовательный интерфейс.

Синхронный последовательный интерфейс:

Это двухточечное соединение от ведущего к ведомому. В этом типе интерфейса все устройства используют одну шину ЦП для обмена данными и часами. Передача данных становится быстрее с той же шиной для совместного использования часов и данных.Также в этом интерфейсе нет несоответствия в скорости передачи данных. На стороне передатчика происходит сдвиг данных на последовательную линию, обеспечивая синхронизацию как отдельный сигнал, поскольку к данным не добавляются биты запуска, остановки и четности. На стороне приемника данные извлекаются с использованием часов, предоставленных передатчиком, и преобразуют последовательные данные обратно в параллельную форму. Хорошо известные примеры – I2C и SPI.

Асинхронный последовательный интерфейс:

В асинхронном последовательном интерфейсе внешний тактовый сигнал отсутствует.Асинхронные последовательные интерфейсы используются в основном в приложениях на большие расстояния и идеально подходят для стабильной связи. В асинхронном последовательном интерфейсе отсутствие внешнего источника синхронизации заставляет его полагаться на несколько параметров, таких как управление потоком данных, управление ошибками, управление скоростью передачи, управление передачей и управление приемом. На стороне передатчика происходит сдвиг параллельных данных на последовательную линию с использованием собственных часов. Также он добавляет биты запуска, остановки и проверки четности.На стороне приемника приемник извлекает данные, используя свои собственные часы, и преобразует последовательные данные обратно в параллельную форму после удаления битов запуска, остановки и четности. Хорошо известными примерами являются RS-232, RS-422 и RS-485.

Прочие термины, относящиеся к последовательной связи

Помимо тактовой синхронизации, при последовательной передаче данных следует помнить о некоторых вещах, таких как скорость передачи, выбор битов данных (кадрирование), синхронизация и проверка ошибок.Давайте кратко обсудим эти термины.

Скорость передачи: Скорость передачи – это скорость, с которой данные передаются между передатчиком и приемником в виде битов в секунду (бит / с). Чаще всего используется скорость 9600 бод. Но есть и другие варианты скорости передачи, такие как 1200, 2400, 4800, 57600, 115200. Чем выше будет скорость передачи, тем больше данных будут передаваться за раз. Также для передачи данных скорость передачи данных должна быть одинаковой как для передатчика, так и для приемника.

Кадрирование: Кадрирование относится к количеству битов данных, которые должны быть отправлены от передатчика к приемнику.Количество битов данных различается в зависимости от приложения. Большинство приложений использует 8 бит в качестве стандартных битов данных, но также можно выбрать 5, 6 или 7 бит.

Синхронизация: Биты синхронизации важны для выбора блока данных. Он сообщает начало и конец битов данных. Передатчик установит стартовый и стоповый биты для кадра данных, а приемник соответствующим образом определит его и выполнит дальнейшую обработку.

Контроль ошибок: Контроль ошибок играет важную роль при последовательной связи, поскольку существует множество факторов, которые влияют и добавляют шум в последовательной связи.Чтобы избавиться от этой ошибки, используются биты четности, в которых проверяется четность и нечетность. Таким образом, если кадр данных содержит четное число единиц, то это называется четностью, а бит четности в регистре установлен на 1. Аналогично, если кадр данных содержит нечетное число единиц, то он известен как нечетная четность и очищает бит нечетной четности в регистре.

Протокол

похож на общий язык, который система использует для понимания данных. Как описано выше, протокол последовательной связи делится на типы i.е. Синхронный и асинхронный. Теперь и то, и другое мы обсудим подробно.

Синхронные последовательные протоколы

Синхронный тип последовательных протоколов , таких как SPI, I2C, CAN и LIN , используется в различных проектах, потому что это один из лучших ресурсов для встроенных периферийных устройств. Также это широко используемые протоколы в основных приложениях.

Протокол SPI

Последовательный периферийный интерфейс (SPI) – это синхронный интерфейс, который позволяет соединять несколько микроконтроллеров SPI.В SPI для линии данных и синхронизации требуются отдельные провода. Также часы не включаются в поток данных и должны быть представлены как отдельный сигнал. SPI может быть настроен как ведущий или ведомый. Четыре основных сигнала SPI (MISO, MOSI, SCK и SS), Vcc и Ground являются частью передачи данных. Таким образом, для отправки и получения данных от ведомого или ведущего требуется 6 проводов. Теоретически SPI может иметь неограниченное количество ведомых устройств. Передача данных настраивается в регистрах SPI. SPI может обеспечивать скорость до 10 Мбит / с и идеально подходит для высокоскоростной передачи данных.

Большинство микроконтроллеров имеют встроенную поддержку SPI и могут быть напрямую подключены к устройству с поддержкой SPI:

Последовательная связь I2C

Двухканальная связь между интегральными схемами (I2C) между различными ИС или модулями, где две линии – это SDA (последовательная линия данных) и SCL (последовательная линия синхронизации). Обе линии должны быть подключены к положительному источнику питания с помощью подтягивающего резистора.I2C может обеспечивать скорость до 400 Кбит / с и использует 10-битную или 7-битную систему адресации для нацеливания на конкретное устройство на шине i2c, поэтому к нему можно подключать до 1024 устройств. Он имеет ограниченную длину сообщения и идеально подходит для общения на борту. Сети I2C легко настроить, поскольку в них используются только два провода, а новые устройства можно просто подключить к двум общим линиям шины I2C. Как и SPI, микроконтроллер обычно имеет контакты I2C для подключения любого устройства I2C:

USB

USB (универсальная последовательная шина) – это широко распространенный протокол с разными версиями и скоростями.К одному хост-контроллеру USB можно подключить до 127 периферийных устройств. USB действует как устройство «подключи и работай». USB используется почти в таких устройствах, как клавиатуры, принтеры, мультимедийные устройства, камеры, сканеры и мышь. Он разработан для легкой установки, более быстрого расчета данных, меньшего количества кабелей и горячей замены. Он заменил более громоздкие и медленные последовательные и параллельные порты. USB использует дифференциальную передачу сигналов, чтобы уменьшить помехи и обеспечить высокоскоростную передачу на большие расстояния.

Дифференциальная шина состоит из двух проводов, один из которых представляет передаваемые данные, а другой – их дополнение.Идея состоит в том, что «среднее» напряжение на проводах не несет никакой информации, что снижает помехи. В USB устройствам разрешено потреблять определенное количество энергии без запроса хоста. USB использует только два провода для передачи данных и работает быстрее, чем последовательный и параллельный интерфейс. Версии USB поддерживают разные скорости, такие как 1,5 Мбит / с (USB v1.0), 480 Мбит / с (USB2.0), 5 Гбит / с (USB v3.0). Длина отдельного USB-кабеля может достигать 5 метров без концентратора и 40 метров с концентратором.

CAN

Сеть контроллеров (CAN) используется, например, в автомобильный, чтобы обеспечить связь между ЭБУ (блоками управления двигателем) и датчиками. Протокол CAN является надежным, недорогим, основанным на сообщениях протоколом и подходит для многих приложений, например легковые, грузовые, тракторы, промышленные роботы. Система CAN-шины позволяет проводить централизованную диагностику ошибок и настройку всех ЭБУ. Сообщения CAN имеют приоритет с помощью идентификаторов, поэтому идентификаторы с наивысшим приоритетом не прерываются.Каждый ЭБУ содержит микросхему для приема всех передаваемых сообщений, определения актуальности и соответствующих действий – это позволяет легко модифицировать и включать дополнительные узлы (например, регистраторы данных шины CAN). Приложения включают запуск / остановку транспортных средств, системы предотвращения столкновений. Системы CAN-шины могут обеспечивать скорость до 1 Мбит / с.

Микропровода

MICROWIRE – это последовательный 3-проводной интерфейс со скоростью 3 Мбит / с [полнодуплексный], по сути, являющийся подмножеством интерфейса SPI. Microwire – это последовательный порт ввода-вывода на микроконтроллерах, поэтому шину Microwire можно также найти в EEPROM и других периферийных микросхемах.Три строки – это SI (последовательный вход), SO (последовательный выход) и SK (последовательные часы). Линия последовательного ввода (SI) к микроконтроллеру, SO – это линия последовательного вывода, а SK – линия последовательных часов. Данные сдвигаются по заднему фронту SK и оцениваются по переднему фронту. SI смещается на переднем фронте SK. Дополнительное расширение шины для MICROWIRE называется MICROWIRE / Plus. Основное различие между двумя шинами заключается в том, что архитектура MICROWIRE / Plus внутри микроконтроллера более сложна.Он поддерживает скорость до 3 Мбит / с.

Асинхронные последовательные протоколы

Асинхронный тип последовательных протоколов очень важен, когда речь идет о надежной передаче данных на большие расстояния. Асинхронная связь не требует тактовых импульсов , общих для обоих устройств. Каждое устройство независимо прослушивает и отправляет цифровые импульсы, представляющие биты данных, с согласованной скоростью. Асинхронная последовательная связь иногда называется последовательной транзисторно-транзисторной логикой (TTL), где высокий уровень напряжения равен логической 1, а низкое напряжение равно логическому 0.Почти каждый микроконтроллер, представленный сегодня на рынке, имеет как минимум один универсальный асинхронный приемопередатчик (UART) для последовательной связи. Примеры: RS232, RS422, RS485 и т. Д.

RS232

RS232 (рекомендуемый стандарт 232) – очень распространенный протокол, используемый для подключения различных периферийных устройств, таких как мониторы, ЧПУ и т. Д. RS232 поставляется с разъемами типа «папа» и «мама». RS232 представляет собой топологию «точка-точка» с подключением максимум одного устройства и покрывает расстояние до 15 метров со скоростью 9600 бит / с.Информация по интерфейсу RS-232 передается в цифровом виде логическими 0 и 1. Логическая «1» (МАРКА) соответствует напряжению в диапазоне от -3 до -15 В. Логический «0» (ПРОБЕЛ) соответствует напряжение в диапазоне от +3 до +15 В. Поставляется в разъеме DB9, который имеет 9 распиновок: TxD, RxD, RTS, CTS, DTR, DSR, DCD, GND.

RS422

RS422 аналогичен RS232, который позволяет одновременно отправлять и получать сообщения по отдельным линиям, но использует для этого дифференциальный сигнал.В сети RS-422 может быть только одно передающее устройство и до 10 принимающих устройств. Скорость передачи данных в RS-422 зависит от расстояния и может варьироваться от 10 кбит / с (1200 метров) до 10 Мбит / с (10 метров). Линия RS-422 – это 4 провода для передачи данных (2 скрученных провода для передачи и 2 скрученных провода для приема) и один общий заземляющий провод GND. Напряжение на линиях передачи данных может находиться в диапазоне от -6 В до +6 В. Логическая разница между A и B больше +0,2 В.Логическая 1 соответствует разнице между A и B менее -0,2 В. Стандарт RS-422 не определяет конкретный тип разъема, обычно это может быть клеммная колодка или разъем DB9.

RS485

Поскольку RS485 использует многоточечную топологию, он наиболее широко используется в промышленности и является предпочтительным протоколом в отрасли. RS422 может подключать 32 линейных драйвера и 32 приемника в дифференциальной конфигурации, но с помощью дополнительных повторителей и усилителей сигнала до 256 устройств.RS-485 не определяет конкретный тип разъема, но часто это клеммная колодка или разъем DB9. Скорость работы также зависит от длины линии и может достигать 10 Мбит / с на расстоянии 10 метров. Напряжение на линиях находится в диапазоне от -7 В до +12 В. Существует два типа RS-485: полудуплексный режим RS-485 с 2 контактами и полнодуплексный режим RS-485 с 4 контактами. Чтобы узнать больше об использовании RS485 с другими микроконтроллерами, перейдите по ссылкам:

Заключение

Последовательная связь – одна из широко используемых систем интерфейса связи в электронике и встроенных системах.Скорость передачи данных может быть разной для разных приложений. Протоколы последовательной связи могут играть решающую роль при работе с такого рода приложениями. Поэтому выбор правильного последовательного протокола становится очень важным.

Что такое последовательная связь и как она работает? [Разъяснено]

Введение

Последовательная связь – наиболее широко используемый подход для передачи информации между оборудованием обработки данных и периферийными устройствами. В общем, общение означает обмен информацией между людьми посредством письменных документов, устных слов, аудио- и видеоуроков.

Каждое устройство, будь то ваш персональный компьютер или мобильный телефон, работает по последовательному протоколу. Протокол представляет собой безопасную и надежную форму связи, имеющую набор правил, адресованных хосту источника ( отправитель ) и хосту назначения ( получатель ). Чтобы лучше понять, я объяснил концепцию последовательной связи.

Во встроенной системе последовательная связь – это способ обмена данными с использованием различных методов в форме последовательного цифрового двоичного кода.Некоторые из хорошо известных интерфейсов, используемых для обмена данными: RS-232, RS-485, I2C, SPI и т. Д.

Что такое последовательная связь?

При последовательной связи данные представлены в виде двоичных импульсов. Другими словами, мы можем сказать, что двоичная единица представляет собой логический ВЫСОКИЙ уровень или 5 вольт, а ноль представляет собой логический низкий уровень или 0 вольт. Последовательная связь может принимать различные формы в зависимости от типа режима передачи и передачи данных. Режимы передачи классифицируются как симплексный, полудуплексный и полнодуплексный.Будет источник (также известный как отправитель ) и пункт назначения (также называемый получателем ) для каждого режима передачи.

Режимы передачи – Последовательная связь

Симплексный метод – это метод односторонней связи. Только один клиент (одновременно активен либо отправитель, либо получатель). Если отправитель передает, получатель может только принять. Радио и телевидение являются примерами симплексного режима.

В полудуплексном режиме и отправитель, и получатель активны, но не одновременно, т.е.е. если отправитель передает, получатель может принять, но не может отправить, и наоборот. Хороший пример – Интернет. Если клиент (портативный компьютер) отправляет запрос на веб-страницу, веб-сервер обрабатывает приложение и отправляет обратно информацию.

Полнодуплексный режим широко используется в мире для связи. Здесь и отправитель, и получатель могут передавать и получать одновременно. Примером может служить ваш смартфон.

Помимо режимов передачи, мы должны учитывать порядок байтов и структуру протокола главного компьютера (отправителя или получателя). Порядок байтов – это способ сохранения данных по определенному адресу памяти. В зависимости от выравнивания данных endian классифицируется как

• Little Endian и
• с прямым порядком байтов.

Рассмотрим этот пример, чтобы понять концепцию порядка байтов. Допустим, у нас есть 32-битные шестнадцатеричные данные ABCD87E2 . Как эти данные хранятся в памяти? Чтобы иметь четкое представление, я объяснил разницу между Little Endian и Big Endian .

Младший порядок байтов против большого порядка байтов

Передача данных может происходить двумя способами.Это последовательная связь и параллельная связь. Последовательная связь – это метод, используемый для побитовой передачи данных с использованием двухпроводной связи, то есть передатчика (отправителя) и приемника.

Например, я хочу отправить 8-битные двоичные данные 11001110 от передатчика к приемнику. Но какой бит гаснет первым? Самый значимый бит – MSB (7 ^{-й бит} ) или младший значащий бит (0 ^{-й бит} ). Мы не можем сказать. Здесь я считаю, что LSB движется первым (для Little Endian).

Последовательная связь

Из приведенной выше диаграммы для каждого тактового импульса; передатчик отправляет приемнику один бит данных.

Параллельная связь перемещает 8, 16 или 32 бита данных за раз. Принтеры и машины Xerox используют параллельную связь для более быстрой передачи данных.

Параллельная связь RS232

Разница между последовательной и параллельной связью

Последовательная связь передает только один бит за раз. поэтому для них требуется меньше линий ввода / вывода (ввода-вывода).Следовательно, он занимает меньше места и более устойчив к перекрестным помехам. Основное преимущество последовательной связи заключается в том, что стоимость всей встроенной системы удешевляется, и информация передается на большие расстояния. Последовательная передача используется в устройствах DCE (Data Communication Equipment), таких как модем.

При параллельной связи за один раз отправляется порция данных (8,16 или 32 бита). Таким образом, каждый бит данных требует отдельной физической линии ввода-вывода. Преимущество параллельной связи в том, что она быстрая, но ее недостаток – в использовании большего количества линий ввода-вывода (ввода-вывода).Параллельная передача используется в ПК (персональном компьютере) для соединения CPU (центрального процессора), RAM (оперативной памяти), модемов, аудио, видео и сетевого оборудования.

Примечание: Если ваша интегральная схема или процессор поддерживает меньшее количество контактов ввода / вывода, лучше выбрать последовательную связь

Для облегчения понимания приведем сравнение последовательной и параллельной связи.

Последовательная связь	Параллельная связь
Посылает данные побитно за один тактовый импульс	Передает порцию данных за раз
Требуется один провод для передачи данных	Требуется n строк для передачи n битов
Низкая скорость связи	Высокая скорость связи
Низкая стоимость установки	Высокая стоимость установки
Предпочтительно для междугородной связи	Используется для ближней связи
Пример: компьютер – компьютер	Компьютер – многофункциональный принтер

Синхронизация часов

Для эффективной работы последовательных устройств часы являются основным источником.Неисправность часов может привести к неожиданным результатам. Тактовый сигнал различен для каждого последовательного устройства, и он подразделяется на синхронный протокол и асинхронный протокол.

Синхронный последовательный интерфейс

Все устройства на синхронном последовательном интерфейсе используют единую шину ЦП для совместного использования часов и данных. Благодаря этому передача данных происходит быстрее. Преимущество заключается в отсутствии несоответствия в скорости передачи данных. Более того, для сопряжения компонентов требуется меньше линий ввода / вывода (ввода-вывода).Примеры: I2C, SPI и т. Д.

Асинхронный последовательный интерфейс

Асинхронный интерфейс не имеет внешнего тактового сигнала и полагается на четыре параметра, а именно на

1. Контроль скорости передачи
2. Управление потоком данных
3. Приемно-передающий контроль
4. Контроль ошибок.

Асинхронные протоколы подходят для стабильной связи. Они используются для приложений на большом расстоянии. Примеры асинхронных протоколов: RS-232, RS-422 и RS-485.

Как работает последовательная связь?

Усовершенствованный ЦП, такой как микроконтроллер и микропроцессор, использует последовательную связь для связи с внешним миром, а также с периферийными устройствами микросхемы. Для ознакомления рассмотрим простой пример. Предположим, вы хотите отправить на смартфон файл, хранящийся на вашем ноутбуке. Как бы вы отправили? Вероятно, по протоколу Bluetooth или Wi-Fi, верно.

Итак, вот шаги, чтобы установить последовательную связь

1. Добавьте соединение.

На первом этапе ваш ноутбук будет искать устройства в радиусе 100 м и перечислять найденные устройства. Этот процесс часто называют роумингом.

2. Выберите устройство, с которым вы хотите связаться.

Для подключения к мобильному телефону необходимо выполнить сопряжение. Конфигурация по умолчанию уже присутствует в программном обеспечении. Таким образом, нет необходимости настраивать скорость передачи данных вручную. Помимо этого, есть четыре неизвестных правила. Это скорость передачи данных, выбор битов данных (кадрирование), стартовый и стоповый бит и четность.

Правила последовательной связи

# 1 Что такое скорость передачи?

Скорость передачи – это скорость передачи данных от передатчика к приемнику в битах в секунду. Некоторые из стандартных скоростей передачи: 1200, 2400, 4800, 9600, 57600.

Вы должны установить одинаковую скорость передачи данных на обеих сторонах (мобильный телефон и ноутбук).

Примечание: Чем выше скорость передачи, тем больше данных может быть передано за меньшее время.

Однако я рекомендую использовать до 115200 в качестве безопасного предела из-за несоответствия частоты дискретизации на стороне приемника.

# 2 Обрамление

Framing показывает, сколько бит данных вы хотите отправить с хост-устройства (портативного компьютера) на мобильное устройство (получатель). Это 5, 6, 7 или 8 бит? В основном для многих устройств предпочтительнее 8 бит. После выбора 8-битного блока данных отправитель и получатель должны согласовать порядок байтов.

# 3 Синхронизация

Передатчик добавляет битов синхронизации ( 1 Start бит и 1 или 2 Stop бит) к исходному кадру данных.Биты синхронизации помогают получателю определить начало и конец передачи данных. Этот процесс известен как асинхронная передача данных .

# 4 Контроль ошибок

Повреждение данных может произойти из-за внешнего шума на стороне приемника. Единственное решение для получения стабильного вывода – это проверить Parity .

Если двоичные данные содержат четное число 1, , оно известно как , четность , а бит четности установлен на « 1 ».Если двоичные данные включают в себя нечетное число 1 из , это называется с нечетной четностью , и теперь бит четности устанавливается на « 0 ».

Асинхронные последовательные протоколы

Самый частый вопрос, который придет вам в голову, когда вы начнете работать со встроенной системой, – зачем использовать асинхронные протоколы?

• Для перемещения информации на большее расстояние и
• Для более надежной передачи данных.

Некоторые из протоколов асинхронной связи:

Протокол RS-232

• RS232 – это первый последовательный протокол, используемый для подключения модемов для телефонии.RS означает рекомендованный стандарт, , и теперь он был изменен на EIA ( Electronic Industries Alliance, ) / TIA ( Telecommunication Industry Association).
• Он также используется в модемах, мышах и станках с числовым программным управлением. Вы можете подключить только один передатчик к одному приемнику.
• Он поддерживает полнодуплексную связь и обеспечивает скорость передачи данных до 1 Мбит / с.
• Длина кабеля не превышает 50 футов.

Как известно, данные хранятся в памяти в виде байтов.У вас могут возникнуть сомнения. Как побайтовые данные преобразуются в двоичные биты? Ответ – последовательный порт.

Последовательный порт имеет внутреннюю микросхему под названием UART . UART – это аббревиатура от Universal Asynchronous Receiver Transmitter, которая преобразует параллельные данные (байты) в побитовую последовательную форму.

Последовательный порт RS232

Подключение проводов RS-232

Последовательный порт RS232 имеет девять контактов, вилка или розетка. Интерфейс последовательной связи RS 232C – это более поздняя версия RS232.

Все функции, присутствующие в RS232, присутствуют в модели RS232C, за исключением того, что она имеет 25 контактов. Из 25 или 9 контактов мы используем только три контакта для подключения оконечных устройств.

Подключение проводов RS232

Интерфейс RS422

Мы можем передавать данные только со скоростью до 1 Мбит / с, используя RS232. Чтобы преодолеть эту проблему, на сцену выходит RS422. RS422 – это многоточечный последовательный интерфейс. мы можем подключить десять передатчиков к 10 приемникам одновременно, используя одну шину.Он отправляет данные с помощью двух кабелей витой пары (, , дифференциальная конфигурация, , ). Длина кабеля составляет 4000 футов со скоростью передачи 10 Мбит / с.

Подключение проводов RS 422

Интерфейс RS485

RS485 – предпочтительный протокол в отрасли. В отличие от RS422, вы можете подключить 32 линейных драйвера и 32 приемника в дифференциальной конфигурации. Передатчик также называется Line driver . Однако одновременно активен только один передатчик.

Подключение проводов RS485

Примечание: Как для RS232, так и для RS485, вы должны разорвать соединение вручную.

Протокол 1-Wire

Один провод аналогичен протоколу I2c. Но разница в том, что однопроводный протокол использует одну линию данных и землю. Он не требует тактового сигнала, а ведомые устройства синхронизируются с помощью внутреннего кварцевого генератора. Он обеспечивает полудуплексную связь.

Один провод использует 64-битную схему адресации.Преимущество однопроводного интерфейса в том, что он поддерживает связь на большом расстоянии при невысокой стоимости. Но недостатком является меньшая скорость.

Асинхронные проводные протоколы хорошо подходят для связи на больших расстояниях. Однако у синхронных последовательных интерфейсов есть один недостаток.

Недостатком является то, что при необходимости подключения большего количества передатчиков и приемников стоимость установки возрастает.

Синхронные последовательные протоколы

Протоколы синхронной связи – лучшие ресурсы для бортовой периферии.Преимущество состоит в том, что вы можете подключить к одной шине больше устройств. Некоторые из синхронных протоколов: I ² C , SPI , CAN и LIN .

Протокол I2C

I2c (Межинтегральная схема) – это двухпроводной двунаправленный протокол, используемый для обмена данными между различными устройствами на одной шине. I2c использует 7-битный или 10-битный адрес, что позволяет подключать до 1024 устройств. Но для генерации условий запуска и остановки требуется тактовый сигнал.Преимущество в том, что он обеспечивает передачу данных со скоростью 400 кбит / с. Подходит для бортовой связи.

Протокол SPI Протокол

SPI (последовательный периферийный интерфейс) отправляет и принимает данные в непрерывном потоке без каких-либо прерываний. Этот протокол рекомендуется для высокоскоростной передачи данных. Максимальная скорость, которую он может обеспечить, составляет 10 Мбит / с.

В отличие от i2c, SPI имеет 4 провода. Это MOSI (главный выход, подчиненный вход), MISO (главный выход, подчиненный выход), тактовый сигнал и сигнал выбора подчиненного.Теоретически мы можем подключить неограниченное количество ведомых устройств, и практически это зависит от емкости нагрузки шины.

Протокол CAN

Этот протокол предназначен для автомобильных систем или автомобилей. Это ориентированный на сообщения протокол, используемый для мультиплексной электропроводки с целью экономии меди. Это мульти-ведущая многосерийная шина, используемая в таких приложениях, как автоматический запуск / остановка транспортных средств, системы предотвращения столкновений и т. Д.

USB Интерфейс USB

– лучшая альтернатива последовательным или параллельным портам.Передача данных, связанная с портами USB, намного быстрее, чем через последовательный и параллельный интерфейсы. USB поддерживает скорость от 1,5 Мбит / с (USB 1.0) до 4,8 Гбит / с (USB 3.0). Сегодня большинство встраиваемых устройств используют технологию USB OTG (программирование на ходу) для выгрузки шестнадцатеричного файла в микроконтроллер.

Микропровода

Microwire – это трехпроводной протокол последовательной связи. Он имеет последовательный порт ввода-вывода на микроконтроллере для взаимодействия с периферийными микросхемами. Он поддерживает скорость до 3 Мбит / с.Это быстрее, чем i2c и подмножество протокола SPI.

Заключение

Последовательная связь является жизненно важной частью в области электроники и встроенных систем. Скорость передачи данных имеет решающее значение, если два устройства хотят обмениваться информацией по одной шине. Следовательно, необходимо выбрать действующий последовательный протокол для любого приложения.

Также прочтите: Что такое встроенная система и как она работает?

Последовательная связь – обзор

Введение

На протяжении многих лет отладка проблем последовательной связи во встроенных системах обычно сводилась к отладке капризов протокола RS-232.Удивительно, но это все еще верно сегодня, потому что RS-232C является самым основным и фундаментальным из протоколов последовательной связи и, как правило, довольно надежен. Отладка обычно заключалась в том, чтобы правильно согласовать скорости передачи данных или возиться с передаваемыми данными на выходе и передаваемыми данными на контактах 2 и 3 разъема. Отладка канала последовательной связи была первой частью ввода-вывода, которая требовалась инженеру для правильной работы, поскольку связь с целевой системой зависела от правильной работы этого канала.

Сегодня протоколы последовательной связи сильно эволюционировали и используются как для периферийных коммуникаций, так и для связи между элементами сетей. Эти системы быстродействующие и сложные. Им требуются узкоспециализированные инструменты измерения для анализа и исправления ошибок в потоках данных. Любое обсуждение, которое мы могли бы провести об отладке этих систем, быстро сосредоточилось бы на том, какой анализатор компании следует купить.

Таким образом, давайте сузим наши рамки до типов систем связи, с которыми нам, скорее всего, придется иметь дело при проектировании систем управления в реальном времени без необходимости прибегать к специализированным инструментам.Кроме того, мы также можем исключить из нашего обсуждения протоколы USB и Ethernet. Вы можете возразить, что эти протоколы довольно фундаментальны. Фактически, у меня в офисе есть лазерный принтер с уже установленными портами USB и Ethernet. Разве мы не должны обсудить это?

Ярмарка. Однако, как правило, у нас будет стандартная ИС некоторой разновидности, которая будет обрабатывать трансляцию протокола связи физического уровня во что-то, с чем может иметь дело остальная часть системы.Эта схема ИС физического уровня довольно стандартна, и если вы будете следовать правилам проектирования и примерам схем, приведенным в примечаниях к применению, ваша схема с высокой вероятностью будет работать правильно. Однако, как только он покидает схему транслятора, мы должны рассматривать его как еще один элемент нашей общей системы, и тогда в игру вступают обсуждения предыдущих глав.

Вот простой пример. Ранние версии одноплатных компьютеров Arduino содержали преобразователь USB в UART IC, произведенный Future Technology Device International (FTDI).Все микроконтроллеры Atmel, которые были ядром семейства плат Arduino, имели интерфейсы UART, которые могли так же легко подключать чип к шине RS-232. Чип FTDI преобразует протокол USB в UART.

Более поздние версии микросхемы, такие как ATMEGA16U2-MU, обновили коммуникационный порт для прямого взаимодействия с USB 2.0, устраняя необходимость в микросхеме интерфейса FTDI. Все, что теперь требуется, – это два последовательных резистора 220 Ом между разъемом USB и микроконтроллером.

Итак, какие последовательные протоколы мы должны обсудить? Основываясь на моем опыте решения проблем моих учеников с разработкой своих микропроцессорных конструкций, почти все периферийные устройства, которые они подключают к своему контроллеру, являются либо интерфейсом SPI, либо интерфейсом I ² C.Поэтому давайте обсудим эти протоколы, исходя только из уровня боли.

Поскольку RS-232 все еще существует и все еще используется во многих системах, мы рассмотрим основы этого протокола и проблемы, связанные с его работой.

Наконец, и в основном потому, что он получил широкое распространение во многих отраслях в качестве протокола связи, мы рассмотрим шину CAN. Изначально шина CAN развивалась как стандарт связи для автомобильных систем, но с годами получила гораздо большее признание и в других отраслях промышленности.

Наконец, еще одна причина, по которой, на мой взгляд, имеет смысл обсудить эти четыре протокола в контексте отладки, является то, что простые смертные могут находить и исправлять ошибки, используя только стандартный осциллограф или логический анализатор.

Что такое последовательный порт?

Обновлено: 30.06.2020 компанией Computer Hope

Асинхронный порт на компьютере, используемый для подключения последовательного устройства к компьютеру и способный передавать по одному биту за раз. Последовательные порты обычно идентифицируются на IBM-совместимых компьютерах как COM-порты (коммуникационные).Например, мышь может подключаться к COM1, а модем – к COM2. На рисунке показан последовательный разъем DB9 на кабеле.

Где на компьютере последовательный порт?

Последовательный порт находится на задней панели компьютера и является частью материнской платы.

Примечание

С появлением USB, FireWire и других более быстрых решений последовательные порты используются редко по сравнению с тем, как часто они использовались в прошлом. Кроме того, многие новые компьютеры и ноутбуки больше не имеют последовательного порта.

Определение последовательного порта

На приведенном выше рисунке последовательного порта вы можете заметить, что соединение последовательного порта DB9 легко идентифицировать. Соединение имеет форму буквы D, представляет собой вилку и имеет 9 контактов.

Для чего используется последовательный порт?

Ниже приведен список различных аппаратных компонентов, которые можно приобрести и использовать с вашим последовательным портом.

Мышь – Одно из наиболее часто используемых устройств для последовательных портов, обычно используется с компьютерами без портов PS / 2 или USB и специальных мышей.
Модем – еще одно широко используемое устройство для последовательных портов. Обычно используется со старыми компьютерами, но также обычно используется из-за простоты использования.
Сеть – Одно из первоначальных применений последовательного порта, которое позволяло двум компьютерам соединяться вместе и позволяло передавать большие файлы между ними.
Принтер – Сегодня это не часто используемое устройство для последовательных портов. Однако часто использовался со старыми принтерами и плоттерами.

Информация о контактах последовательного порта

Ниже приведен список всех контактов разъема DB9, их назначение и название сигнала.

Примечание

На многих компьютерах последовательный порт помечен как « 10101 », что означает единицы и нули для представления двоичного кода. Пользователь также может интерпретировать число «1» как букву «I» и нули как букву «O» и называть его портом « IOIOI ».

Как показано выше, первый контакт находится в верхней левой части порта, а контакт 9 – в правом нижнем углу.

PIN	НАЗНАЧЕНИЕ	НАИМЕНОВАНИЕ СИГНАЛА
1	Обнаружение носителя данных	DCD
2	Полученные данные	RxData
3	Переданные данные	TxData
4	Терминал данных готов	DTR
5	Сигнальная земля	Земля
6	Готовность набора данных	DSR
7	Запрос на отправку	РТС
8	Отменить отправку	CTS
9	Индикатор звонка	RI

Примечание

В большинстве современных компьютеров последовательный порт заменен портами USB.

Com-порт, Подключение, Кабель для передачи данных, Термины для оборудования, Термины для материнской платы, Параллельный порт, Порт, RS-232, Последовательный

протоколов последовательной связи. Основные виды и характеристики.

Протокол RS232

RS232 – первый последовательный протокол, разработанный для подключения модемов к телетайпам. RS означает «Рекомендуемый стандарт» и изначально был предложен EIA (Electronic Industries Alliance).Организация, отвечающая за определение стандартов, теперь известна как TIA (Ассоциация телекоммуникационной индустрии).

С помощью протокола RS2332 вы можете подключить один передатчик к одному приемнику. Стандарт используется в модемах, знакомой компьютерной мыши и устройствах с числовыми вычислениями (ЧПУ).

Протокол RS232 поддерживает кабели длиной до 50 футов и предоставляет средства для реализации полнодуплексной передачи со скоростью до 1 Мбит / с.

Последовательные порты могут использовать протокол RS232. Возможно, вам будет интересно узнать, как байты данных, хранящиеся в памяти устройства, преобразуются в двоичные биты, подходящие для последовательной передачи. Этот подвиг достигается за счет использования внутреннего чипа внутри последовательного порта. Микросхема представляет собой микросхему универсального асинхронного приемного передатчика (UART), которая может преобразовывать параллельные данные в форме байтов в побитовые данные, пригодные для последовательной передачи.

Подключение проводов RS232

Стандартный последовательный порт RS232 содержит девять контактов и может иметь штекерные или розеточные разъемы.Обновленная версия протокола называется RS232C и поддерживает все функции RS232. RS232C имеет 25 контактов вместо 9, но только три контакта используются для подключения оконечных устройств.

Интерфейс RS422

Протокол RS422 предлагает расширенные возможности при реализации последовательной связи. До десяти передатчиков и десяти приемников можно подключить через одну шину с этим обязательным последовательным интерфейсом. Данные передаются с использованием дифференциальной конфигурации, в которой используются два кабеля типа витая пара.RS422 поддерживает скорость передачи до 10 Мбит / с при максимальной длине кабеля 4000 футов.

Интерфейс RS485

Протокол RS485 является предпочтительным последовательным протоколом, используемым в промышленных реализациях. Используя этот протокол, вы можете разработать дифференциальную конфигурацию, которая включает до 32 драйверов линии и 32 приемника. В любой момент времени может быть активен только один передатчик, известный как драйвер линии.

Примечание. При использовании протоколов RS232 или RS485 соединения необходимо разрывать вручную.

Для дальней связи выгодно использование асинхронных проводных протоколов. Основным недостатком является стоимость установки, которая может стать очень высокой, когда необходимо подключить больше передатчиков и приемников.

Синхронные последовательные протоколы

Периферийные устройства бортового компьютера обычно используют синхронные последовательные протоколы. Эти протоколы позволяют одной шине взаимодействовать с несколькими устройствами одновременно.Вот некоторые из синхронных протоколов, которые вы увидите в этой области.

Протокол I2C (Межинтегральная схема) – используется для бортовой связи благодаря скорости передачи данных до 400 кбит / с. Он использует двухпроводной двунаправленный подход для обмена данными между устройствами, расположенными на одной шине.

Протокол SPI (последовательный периферийный интерфейс) протокол используется для реализации высокоскоростной передачи данных и может отправлять и получать непрерывный поток данных без прерываний.

SPI использует четыре провода, каждый из которых выполняет определенную функцию. Существует провод ведущий / ведомый (MISO), ведущий / ведомый (MOSI) провод и по одному проводу, который передает сигналы синхронизации и выбора ведомого.

Протокол CAN – это протокол, используемый преимущественно в автомобилях и других транспортных средствах. Протокол предназначен для обмена сообщениями и снижает количество меди, необходимой для мультиплексной электропроводки.

Интерфейс USB – одна из лучших альтернатив последовательным или параллельным портам.Он предоставляет стандартный коммуникационный порт, который работает с более высокой пропускной способностью, чем старые интерфейсы.

Microwire – это трехпроводной синхронный протокол последовательной связи. Его микроконтроллер имеет встроенный последовательный порт ввода-вывода, который может взаимодействовать с микросхемами периферийных устройств.

Последовательная связь Базовые знания -RS-232C / RS-422 / RS-485-

Содержание

Что такое последовательная связь?

Последовательная связь – это метод связи, который использует одну или две линии передачи для отправки и приема данных, и эти данные непрерывно отправляются и принимаются по одному биту за раз.Поскольку он позволяет подключаться с помощью нескольких сигнальных проводов, одним из его достоинств является снижение затрат на материалы проводки и релейное оборудование.

Стандарты последовательной связи

RS-232C / RS-422A / RS-485 – это стандарты связи EIA (Ассоциация электронной промышленности). Из этих стандартов связи RS-232C получил широкое распространение в различных приложениях и даже входит в стандартную комплектацию компьютеров. часто используется для подключения модемов и мышей.Датчики и исполнительные механизмы также содержат эти интерфейсы, многие из которых могут управляться через последовательную связь.

RS-232C

Этот стандарт последовательной связи широко используется и часто устанавливается на компьютерах в качестве стандарта. Он также называется “EIA-232”. Назначение и синхронизация сигнальных линий и разъемов определены (25-контактный D-sub или D -sub 9-pin). В настоящее время стандарт был пересмотрен с добавлением сигнальных линий и официально называется «ANSI / EIA-232-E». Однако даже сейчас его обычно называют «RS-232C».

RS-422A

Этот стандарт устраняет проблемы в RS-232C, такие как короткое расстояние передачи и низкая скорость передачи. Он также называется «EIA-422A». Назначение и синхронизация сигнальных линий определены, но разъемы не совместимы. в основном используются 25-контактные разъемы D-sub и 9-контактные разъемы D-sub.

RS-485

Этот стандарт решает проблему нескольких подключенных устройств в RS-422A. Он также называется “EIA-485”. RS-485 является стандартом прямой совместимости с RS-422A.Назначение и синхронизация сигнальных линий определены, а разъемы – нет. Многие совместимые продукты в основном используют 25-контактные разъемы D-sub и 9-контактные разъемы D-sub.

Назначение сигналов и разъемы

В RS-232C используемые разъемы и назначение сигналов определены и стандартизированы. На рисунке справа показаны назначения сигналов 9-контактного разъема D-sub и сигнальные линии.

Способ подключения

В RS-232C разъемы и назначение сигналов стандартизированы, поэтому многие кабели, соответствующие стандартам, доступны на рынке.Однако оборудование бывает следующих типов, и в зависимости от подключаемого оборудования требуется прямой или перекрестный кабель.

Тип оборудования

DCE

Оборудование для передачи данных. Этот термин обозначает оборудование, которое работает в пассивном режиме, например модемы, принтеры и плоттеры.

DTE

Терминальное оборудование данных. Этот термин обозначает оборудование, которое активно работает, например, компьютеры.

Перекрестное кабельное соединение (1)

Перекрестное кабельное соединение (2)

Прямое кабельное соединение

Полудуплексная связь и полнодуплексная связь

Полнодуплексная связь

Метод, при котором и отправка, и прием имеют свою собственную линию передачи, поэтому данные могут быть отправлены и получены одновременно.

Полудуплексная связь

Способ, при котором связь осуществляется с использованием одной линии передачи при переключении между отправкой и приемом. По этой причине одновременная связь не может быть выполнена.

Асинхронная связь и синхронная связь

При последовательной связи данные отправляются по одному биту за раз, используя одну сигнальную линию, поэтому для того, чтобы принимающая сторона могла точно принять данные, отправляющая сторона должна знать, с какой скоростью она отправляет каждый бит.В RS-232C были определены стандарты синхронной связи и асинхронной связи. Для периферийного оборудования, используемого для измерения или управления, обычно используются ранее упомянутые полнодуплексная связь и асинхронная связь.

Синхронная связь

Этот метод отправляет и принимает данные, синхронизированные с часами, сгенерированными другим оборудованием, или самогенерируемыми часами. Связь осуществляется на основе сигнала синхронизации, добавляемого к каждому биту со стороны отправителя.Это дает хорошую эффективность передачи данных, но есть недостаток в том, что процедура передачи усложняется.

Асинхронная связь

Этот метод отправляет и принимает данные, синхронизированные с собственными самогенерируемыми часами каждой стороны. Нормальный обмен данными невозможен, если настройки скорости передачи не совпадают. Другими словами, и отправляющая, и принимающая стороны изначально согласовывают, сколько битов нужно передавать каждую секунду, а затем каждый создает сигнал синхронизации с частотой, соответствующей этой скорости передачи.При асинхронной связи данные отправляются и принимаются по одному биту по одной линии данных, поэтому, если настройки условий связи каждой стороны изначально не совпадают, нормальная связь невозможна. settings – это обычный метод настройки.

Скорость передачи

Задает количество бит, отправляемых каждую секунду. Единица измерения – бит / с (бит в секунду), выбирается из 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200 и т. Д.При сопоставлении настроек и синхронизации разделители данных соответствуют друг другу, и данные можно нормально отправлять и получать. По этой причине к каждому элементу данных (1 байт) добавляется стартовый бит для получения правильного времени.

Длина стопового бита

Устанавливает длину бита, указывающего на конец данных. Обычно это 1 бит, 1,5 бита или 2 бита. Длина начального бита фиксирована как 1 бит, поэтому в этой настройке нет необходимости.

Длина данных в битах

Указывает, из скольких битов состоит каждый элемент данных.Это зависит от используемого устройства, но обычно указывается 7 бит для буквенно-цифровых символов и символов и 8 бит для 1-байтовых двоичных данных.

Настройка проверки четности

Это функция для поиска ошибок в данных, которая выбирается из «Проверка четности (EVEN)», «Проверка нечетности (ODD)» или «Без проверки четности (NONE)».

Детали проверки четности

На передающей стороне бит четности «1» или «0» добавляется к данным, чтобы сделать количество битов данных «1» четным для ЧЕТНОГО и нечетным для НЕЧЕТНОГО.На принимающей стороне подсчитывается количество битов данных «1», и данные оцениваются как правильные, если число четное, когда ЧЕТНОЕ, и нечетное, когда НЕЧЕТНОЕ.

Рукопожатие (управление потоком)

При отправке и получении данных между устройствами данные могут быть потеряны, когда данные отправляются, когда принимающая сторона не находится в состоянии приема, поэтому при обмене данными важно проверять состояние другой стороны. Подтверждение связи (управление потоком) – это функция что поддерживает надежность связи.От отправляющей стороны к принимающей отправляется сигнал, в котором говорится, что «данные отправляются», а принимающая сторона принимает этот сигнал и считывает данные из сигнальной линии. Затем она отправляет ответ отправляющей стороне, в котором говорится: «данные были получены». Другими словами, данные могут быть переданы, пока каждая сторона проверяет отправку и получение данных.

Программное рукопожатие (управление потоком XON / XOFF)

Это метод управления, при котором на отправляющую сторону отправляется «код XOFF», чтобы запросить временное прерывание отправки, когда на принимающей стороне остается мало свободного места в приемном буфере.Когда имеется достаточный объем свободного места, отправляется «код XON», чтобы запросить перезапуск отправки отправляющей стороной.

Аппаратное рукопожатие

Линии управления (RTS или DTR) автоматически включаются или выключаются в качестве альтернативы отправке кодов XON / XOFF в программном управлении потоком. Сигнал RTS и сигнал CTS или сигнал DTR и сигнал DSR должны быть подключены к каждому из них. Другие.

Последовательная связь – протоколы, стандарты и преимущества

Последовательная связь – это самый простой способ связи между отправителем и получателем.Он стал популярным благодаря низкой стоимости установки и меньшим требованиям к площади. В этом посте будет обсуждаться последовательная связь, ее протоколы, сравнение стандартов RS и преимущества последовательной связи по сравнению с параллельной связью.

Что такое последовательная связь

Последовательная связь может быть определена как метод последовательной передачи одного бита данных в один момент времени через шину. Возьмем, к примеру, лук из стрелы. Как стрела стреляет из лука? По одному, не так ли? То же самое и с последовательной связью.

Это прямо противоположно функции параллельной связи, когда несколько битов отправляются вместе по шине, состоящей из множества параллельных проводных линий.

Последовательная связь осуществляется с использованием только одного провода или линии. Следовательно, для двусторонней цифровой связи нам понадобится только два провода между передатчиком и приемником. Поскольку стоимость установления параллельной связи очень высока, а ее конфигурация длительная и сложная, последовательная связь предпочтительна для всех основных коммуникационных / компьютерных сетей.

Рис. 1 – Последовательная связь – поток данных по единому пути

На малых расстояниях последовательные шины становятся все более распространенными и популярными, поскольку недостатки параллельных шин превалируют над их преимуществом простоты. Усовершенствованная технология, обеспечивающая целостность сигнала, а также повышенная скорость передачи и приема данных на канал, сделали последовательные порты близким конкурентом параллельных портов.

Стоимость интегральных схем высока из-за большого количества выводов.Поэтому многие интегральные схемы используют последовательные шины, когда не важна скорость. Примерами таких недорогих последовательных шин являются SPI, I²C и 1-Wire.

Несколько примеров систем, включающих последовательную связь: телеграфия кода Морзе, RS-232, RS 422, RS-423, RS-485, универсальная последовательная шина, FireWire, Serial Attached SCSI, Serial ATA, PCI Express и т. Д.

Рис. 2 – Устройства, использующие последовательную связь

Протоколы последовательной связи

Ниже приведены протоколы последовательной связи:

• Протокол CAN
• Протокол I2C
• Протокол SPI
• Протокол USB
• Протокол eSPI

Фиг.3 – Протоколы последовательной связи

Протокол CAN

1970-е годы были эпохой, когда производители автомобилей начали внедрять новые функции, такие как антиблокировочная система тормозов, кондиционеры, управление коробкой передач, централизованные дверные замки и т. Д. Эти функции требовали наличия громоздкой проводки и сложной конструкции. что увеличило затраты и риски.

Чтобы преодолеть эти проблемы, Роберт Бош представил протокол CAN в 1980-х годах. Этот протокол последовательной связи был далее стандартизирован как ISO 11898 в 1993 году.Именно протокол CAN полностью изменил связь между продвинутыми датчиками.

Протокол CAN используется для организации электронных сетей в автомобилях, самолетах и ​​медицинских системах.

Протокол I2C

I2C означает протокол Inter Integrated Circuits. Он также известен как протокол IIC. Он позволяет подключать несколько подчиненных устройств к одному или нескольким ведущим устройствам. Эта последовательная связь используется для связи на короткие расстояния между двумя интегральными схемами на одной и той же базе (печатной плате).Для передачи данных используются две двунаправленные линии передачи. Он может поддерживать до 3,4 Мбит / с, что является довольно высокой скоростью передачи данных.

Протокол SPI

Протокол SPI означает протокол последовательного периферийного интерфейса. Он был представлен Motorola в 1980-х годах и широко используется во встроенных системах. Он используется для связи на короткие расстояния во встроенных системах. Архитектура Master Slave используется при обмене данными между устройствами в этом протоколе.

Протокол USB

Протокол USB в представлении не нуждается.Это, безусловно, самый популярный используемый протокол. Этот протокол был введен для стандартизации периферийных подключений к компьютеру.

В протоколе USB передача данных происходит в виде пакетов по 8 бит или кратных 8 битам.

Протокол eSPI

Протокол eSPI означает протокол расширенного интерфейса последовательной периферийной шины. Intel представила протокол eSPI в качестве замены шины Low Pin Count (LPC). Его основная цель заключалась в минимизации количества выводов по сравнению с шиной LPC.

Стандарты последовательной связи

Стандарты RS являются наиболее популярными стандартами, основанными на последовательной связи. Ниже приведены основные широко используемые стандарты RS:

Рис. 4 – Стандарты RS в последовательной связи

RS 232

RS 232 означает Рекомендуемый стандарт номер 232. RS-232, как интерфейс, имеет уже много лет является стандартом для соединения оконечного оборудования цепи данных (DCE) с оконечным оборудованием данных (DTE).На рынке доступны различные формы интерфейса RS 232. Однако, поскольку они различаются по конструкции и конфигурации, их легко преобразовать в другие формы. Примеры этого интерфейса: RS 232 «C», RS 232 «D», RS 232 V.10, RS 232 V.28.

RS 422

Этот стандарт был введен для исправления недостатков RS-232C. Эти недостатки включали медленную передачу и передачу на короткие расстояния. Тактовая синхронизация и ее назначение определены в этом стандарте. Примерами этого стандарта являются 9-контактные разъемы D Sub и 25-контактные разъемы D Sub.

RS 485

Этот стандарт был введен для исправления недостатков RS 422. Недостатком RS 422 была невозможность отключения схемы драйвера. RS 485 использует логику с тремя состояниями, что позволяет отключать каждый передатчик отдельно.

Рис. 5 – Сравнение общих стандартов RS в последовательной связи

Преимущества последовательной связи над параллельной

Существует заблуждение, что последовательные порты / шины медленнее, чем параллельные порты / шины, поскольку передача данные – это всего лишь бит в единицу времени.Даже последовательные порты / шины могут синхронизироваться значительно быстрее, чем параллельные порты / шины, и могут обеспечить более высокую скорость потока данных. Факторы, которые делают последовательную связь лучше, чем параллельную:

Часы не требуются : В случае несинхронизированной и асинхронной последовательной связи проблема рассогласования часов между полосами / каналами не существует.

Требуется меньше места : Конфигурация последовательной связи требует меньше места, потому что при последовательном подключении требуется меньше кабеля.