Лекція №9Для спеціальності 151 “Автоматизація та комп’ютерно-

інтегровані технології”141 «Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка»

КНУБА, 2016

Соболевська Л.Г. sobolevska@atp.in.ua +38 066 251 89 80

стандарт інтерфейсу обміну даними між двома пристроями шляхом послідовної передачі даних (асинхронний зв'язок або синхронний зв’язок).

Офіційна назва «Інтерфейс між кінцевим обладнанням обробки інформації і кінцевим обладнанням каналу передачі даних, що використовує послідовний обмін двійковими даними» (Interface Between Data Terminal Equipment and Data Circuit-Terminating Equipment EmployingSerial Binary Data Interchange).

Історія Цей стандарт з'єднання устаткування було розроблено в

1969 році рядом великих промислових корпорацій і опубліковано Асоціацією електронної промисловості США (Electronic Industries Association — EIA).

Стандарт визначає номенклатуру ланцюгів та технічні вимоги до них (типи з'єднувачів, призначення їх контактів, робочі напруги і т.д.), що використовуються для з'єднання двох класів пристроїв:

Кінцеве обладнання обробки інформації (data terminal equipment, DTE), наприклад, термінал чи послідовний порт COM1 персонального комп'ютера;

Кінцеве обладнання каналу передачі даних (data circuit-terminatingequipment, DCE), наприклад, модем.

Стандарт не визначає швидкості передачі. Загальноприйнята швидкість передачі для RS-232 — 9600 біт/сек на відстань до 15 м. Сучасні пристрої підтримують швидкість 115 кбіт/сек та більше. Існує в 8-, 9-, 25- і 31-контактних варіантах роз'ємів. У даний момент найчастіше використаються 9-контактні роз'єми.

У загальному випадку описує чотири інтерфейсні функції: визначення керуючих сигналів через інтерфейс; визначення формату даних користувача, переданих через

інтерфейс; передачу тактових сигналів для синхронізації потоку даних; формування електричних характеристик інтерфейсу.

Рівень Передатчик Приймач

Логічний 0 (SPACE) від +5 В до +15 В від +3 В до +25 В

Логічний 1 (MARK) від -5 В до -15 В від -3 В до -25 В

Не визначений від -3 В до +3 В

Сигнал На виході пристрою (Driver) На вході пристрою (Terminator)

"Off" від -5 В до -15 В від -3 В до -25 В

"On" від 5 В до 15 В від 3 В до 25 В

DTE-пристрій повинен оснащуватися вилкою (male - "тато")

DCE-пристрій -розеткою (female -"мама")

найбільш поширені в даний час 9-контактні з'єднувачі DЕ-9.

Контакт

Напрямок передачі та назва сигналу

1 < Carrier Detect (CD) Наявність несучої частоти

2 < Received Data (RD) Дані, що приймаються

3 > Transmitted Data (TD) Дані, що передаються

4 > Data Terminal Ready (DTR) Готовність КООІ

5 - Signal Ground Загальний

6 < Data Set Ready (DSR) Готовність КОПД

7 > Request To Send (RTS) Запит на передачу

8 < Clear To Send (CTS) Готов передавати

9 < Ring Indicator (RI) Наявність сигналу виклику

Recommended Standard 485, EIA-485 (ElectronicIndustries Alliance-485) - стандарт фізичного рівня для асинхронного інтерфейсу. Регламентує електричні параметри полудуплексноїбагатоточечноїй диференціальної лінії зв'язку типу «загальна шина».

Стандарт RS-485 спільно розроблений двома асоціаціями: Асоціацією електронної промисловості (EIA - Electronics IndustriesAssociation) і Асоціацією промисловості засобів зв'язку (TIA - Telecommunications IndustryAssociation).

У стандарті RS-485 для передачі і прийому даних використовується одна вита пара проводів, іноді супроводжувана екрануючої опліткою або загальним проводом.

Передача даних здійснюється за допомогою диференціальних сигналів.

Різниця напруги між провідниками однієї полярності означає логічну одиницю, різниця іншої полярності - нуль.

Стандарт RS-485 обумовлює тільки електричні і часові характеристики інтерфейсу.

Стандарт RS-485 не обумовлює: параметри якості сигналу (допустимий рівень

спотворень, відображення в довгих лініях), протокол обміну.

До 32 прийомопередавачів в одному сегменті мережі. Максимальна довжина одного сегмента мережі: 1200 метрів. Тільки один передавач активний. Максимальна кількість вузлів в мережі - 256 з урахуванням

магістральних підсилювачів. Характеристика швидкість обміну / довжина лінії зв'язку: 62,5 кбіт / с 1200 м (одна кручена пари), 375 кбіт / с 500 м (одна кручена пари), 500 кбіт / с, 1000 кбіт / с, 2400 кбіт / с 100 м (дві кручених пари), 10000 кбіт / с 10 м. Тип прийомопередавачу - диференційний, потенційний. вихідний каскад повинен витримувати режим короткого замикання, мати

максимальний вихідний струм 250 мА, швидкість наростання вихідного сигналу 1,2 В / мкс і схему обмеження вихідної потужності.

вхідний каскад являє собою диференційний вхід з високим вхідним опором і пороговою характеристикою від -200 мВ до +200 мВ:

допустимий діапазон вхідних напруг Uag (Ubg) щодо землі (GND) від -7 В до +12 В;

Інтерфейс є напівдуплексним: вузол не може одночасно і приймати, і передавати дані.

Передача даних йде по двох лініях, A і B.Логічна одиниця: (AB)> +200 мВ.Логічний нуль: (AB) <-200 мВ.

Роз'єм складається з двох або трьох контактів:

• A або '+' (TxD + / RxD +), не інвертований.

• B або '-' (TxD- / RxD-), інвертований.• Опційний загальний провід.

Мережеві протоколи, що використовують RS-485

LanDriveProfiBus DPModBusDMX512HDLCПромислові мережі, побудовані на основі RS-

485LanDriveProfiBus DPModBus

Комп’ютерна мережа – це сукупність комп’ютерів, які з’єднані лініями зв’язку і оснащені комунікаційним обладнанням та комунікаційним програмним забезпеченням.

Середовище передачі – це фізичне середовище, в якому відбувається поширення інформаційних сигналів у вигляді електричних імпульсів.

Лінія зв’язку – це обладнання, за допомогою якого здійснюється об’єднання комп’ютерів у мережу. Лінії зв’язку залежно від середовища передачі даних поділяються на:

повітряні – традиційно по таких проводах передають телефонні або телеграфні сигнали, але за відсутності інших можливостей ці лінії використовуються також і для передачі комп’ютерних даних;

кабельні – представляє складну конструкцію, яка складається із провідників; використовуються такі типи: вита пара, коаксіальний кабель, волокняно-оптичний кабель;

радіоканали наземного та супутникового зв’язку –створюються за допомогою передавача і приймача радіохвиль. Типи радіоканалів відрізняються частотним діапазоном і дальністю каналу.

Мережевий адаптер (або мережева інтерфейснаплата) – спеціальний апаратний засіб для взаємодії персональних комп’ютерів у мережі.

Мережевий адаптер використовуються при кабельних лініях зв’язку.

Адаптер повинен ідентифікувати ПК у мережі і виконувати буферизацію даних між комп’ютером і кабелем. З погляду комп’ютерної мережі, ця плата повинна генерувати електричні сигнали, що проходять по мережі, управляти доступом до мережі і забезпечувати фізичний контакт з кабелем.

комутатори (Switch – перемикач) – обладнання, яке призначене для об’єднання декількох комп’ютерів до комп’ютерної мережі у межах одного сегмента мережі.

концентратори – об’єднуючий компонент, до якогопідключаються всі комп’ютери в мережі. Нині майже не використовуються – їх змінили комутатори, які виділяютькожен підключений пристрій в окремий сегмент;

мости – це пристрої, що з’єднують дві мережі, які побудованіза різними технологіями. Міст виконує перерозподілінформаційних потоків між мережами;

повторювач – мережевий пристрій, який відновлюєсигнали, спотворені при передачі;

маршрутизатори – мережеве обладнання, яке на основіінформації про топологію мережі і визначених правил приймає рішення про пересилання пакетів мережевогорівня між сегментами мережі. Маршрутизатор визначаєоптимальний маршрут передачі даних. Застосовують для об’єднання мереж різних типів.

програми, які працюють з мережею на низькому рівні, вони забезпечують управління мережевим обладнанням з метою перетворення сигналів з одного виду на інші;

програми, які працюють з мережею на високому рівні, вони призначені для розпізнавання та опрацювання інформації залежно від її характеру та способу організації.

мережеві операційні системи – забезпечують доступ користувачів до ресурсів комп’ютерної мережі (Windows NT, UNIX, Netware та ін);

програми управління мережами (Proxy, Anyplace Control, MyChat та ін.).

Міжнародною організацією стандартизації ISO в 1978 році була затверджена модель OSI (Open SystemInterconnection) -взаємодія відкритих систем, що описує об'єднання комп'ютерів у мережу.

Фізичний рівень складається з фізичних елементів, які використовуютьсябезпосередньо для передачі інформації по мережевим каналам зв’язку. До фізичного рівня відносяться також методи електричного перетвореннясигналів, що залежать від мережевої технології, яка застосовується.

Рівень з’єднування призначений для передачі даних від фізичного рівня до мережевого та навпаки. Мережева плата в комп’ютері – приклад реалізації рівня з’єднування.

Мережевий рівень визначає шлях переміщення даних по мережі, дозволяючи їм знайти отримувача. Мережевий рівень можна розглядатияк службу доставки.

Транспортний рівень пересилає дані між самими комп’ютерами. Післядоставки даних мережевим рівнем комп’ютеру-отримувачу активізуєтьсятранспортний протокол, доставляючи дані до прикладного процесу.

Сеансовий рівень використовується як інтерфейс користувача і вирішуєтакі завдання, як обробка імен, паролів, прав доступу.

Рівень уявлення створює інтерфейс мережі до ресурсів комп’ютера: принтерів, моніторів, дисків; виконує перетворення форматів файлів.

Прикладний рівень забезпечує виконання прикладних задач користувачів.

Протокол – це набір правил, які визначають взаємодію комп’ютерів мережі і описують спосіб виконання визначеного класу функцій.

Ресурс мережі – це пристрої, які входять до апаратної частини деяких комп’ютерів мережі, доступні і можуть використовуватися будь-яким користувачем мережі (принтери, сканери).

Сервер (serve – постачати, обслуговувати) –комп’ютер, ресурси якого призначені для спільного використання. Призначення сервера –доставляти програми до робочих станцій.

Робочі станції – комп’ютери, які використовують ресурси мережі. Призначення робочої станції – виконувати програми, одержані з мережі.

Топологія комп’ютерної мережі – це її геометрична форма або фізичне розташування комп’ютерів по відношенню один до одного.

Топологія визначає вимоги до устаткування, тип кабелю, який використовується, можливі й найбільш зручні методи керування обміном, надійність роботи, можливості розширення мережі.

всі комп’ютери паралельно підключаються до однієї лінії зв’язку й інформація від кожного комп’ютера одночасно передається всім іншим комп’ютерам

ідентичність мережевого устаткування комп’ютерів; рівноправність всіх абонентів; дані передаються тільки по черзі, тому що лінія зв’язку єдина; відсутній сервер.

Переваги топології «шина»: додавання нових абонентів у «шину» просте і можливе навіть під час

роботи мережі; при використанні «шини» потрібна мінімальна кількість кабелю, проте

до кожного комп’ютера (крім двох крайніх) підходить два кабелі, що не завжди зручно;

вартість мережевого устаткування є невисокою; відмова окремих комп’ютерів не впливає на роботу мережі; простота налаштування мережі.

Недоліки топології «шина»: при розриві або ушкодженні кабелю порушується узгодження лінії

зв’язку, і припиняється обмін даними навіть між тими комп’ютерами, якізалишилися з’єднаними між собою;

коротке замикання в будь-якому сегменті кабелю «шини» виводить ізладу всю мережу;

складна локалізація та діагностика несправностей.

до одного центрального комп’ютераприєднуються іншіпериферійнікомп’ютери, причомукожний з них використовує свою окрему лінію зв’язку

весь обмін інформацією відбувається через центральний комп’ютер; необхідно вживати спеціальні заходи щодо підвищення надійності

центрального комп’ютера і його мережевої апаратури; ніякі конфлікти у мережі з топологією «зірка» неможливі, тому що

керування повністю централізоване.

Переваги топології «зірка»: вихід з ладу периферійного комп’ютера ніяк не відбивається на

функціонуванні частини мережі, що залишилася, але будь-яка відмовацентрального комп’ютера робить мережу повністю непрацездатною;

пошкодження будь-якого кабелю або коротке замикання в ньому порушуєроботу тільки одного комп’ютера;

висока продуктивність мережі; для з’єднання використовується дві лінії зв’язку, кожна з яких передає

інформацію тільки в одному напрямку, це істотно спрощує мережевеобладнання.

можливість легко контролювати роботу мережі, локалізуватинесправності шляхом простого відключення від центра абонентів.

Недоліки топології «зірка»: жорстке обмеження кількості абонентів. Значно більша витрата кабелю, ніж при інших топологіях, це істотно

впливає на вартість всієї мережі в цілому.

активна «зірка» – у центрі мережіміститься комп’ютер, який виступає уролі сервера;

пасивна «зірка» – у центрі мережіміститься не комп’ютер, а концентратор або комутатор, який відновлює сигнали івідправляє їх в інші лінії зв’язку.

кожний комп’ютер передає інформацію завжди тільки одному комп’ютеру, наступному в ланцюжку, а одержує інформацію тільки від попереднього комп’ютера в ланцюжку, і цей ланцюжок замкнутий в «кільце».

Переваги топології «кільце»: додавання нових абонентів у «кільце» досить просте, хоча й

вимагає обов’язкової зупинки роботи всієї мережі на час підключення;

максимальна кількість абонентів у «кільці» може бути досить велика;

кільцева топологія є досить стійкою до перевантажень, вона забезпечує впевнену роботу із великими потоками переданої по мережі інформації, тому що в ній, як правило, немає конфліктів, а також відсутній центральний абонент;

відсутність додаткового обладнання.

Недоліки топології «кільце»: вихід з ладу хоча б одного з комп’ютерів (або ж його

мережевого обладнання) порушує роботу всієї мережі; будь-яке пошкодження або коротке замикання в кожному з

кабелів «кільця» робить роботу всієї мережі неможливою; складність пошуку несправностей.

Подвійне «кільце» – цетопологія, побудованана двох «кільцях», перше «кільце» використовується як основний шлях для передачі даних, друге –резервний шлях, якийвикористовується при виході з ладу першого«кільця».

«дерево» (tree) – топологія, яка є комбінацію декількох топологій «зірка». Перевага деревоподібних мереж - простий спосіб нарощування потужності мережі

«решітка» – топологія, у якій комп’ютери утворюють багатомірну решітку, при цьому кожне ребро решітки паралельне її осі і з’єднує два суміжних вузли вздовж цієї осі.

обчислювальні – призначені для розв’язання завдань користувачів з обміном даними між їх абонентами;

інформаційні – орієнтовані на представлення інформаційних послуг користувачам;

змішані – поєднують функції обчислювальних та інформаційних комп’ютерних мереж.

однорідні – комп’ютерні мережі, які складаються із програмно-спільних ЕОМ;

неоднорідні – комп’ютерні мережі, до складу яких входять програмно-несумісні комп’ютери.

Контролюючі мережі

Локальні мережі

Регіональні мережі

Глобальні мережі

CAN – Controller Area Network – стандарт мережі, орієнтований перш за все на об’єднання в єдину мережу різного виконавчого обладнання і датчиків. CAN розроблені в середині 1980р. і нині широко використовується в промисловій автоматизації, технологіях «розумного будинку», автомобільній промисловості.

Переваги CAN: можливість роботи у режимі жорсткого реального часу; простота реалізації і мінімальні затрати на використання; висока стійкість до перешкод; надійний контроль помилок передачі і прийому; широкий діапазон швидкостей; велика поширеність технології.

Недоліки CAN: максимальна довжина мережі обернено пропорційна

швидкості передачі; великий розмір службових даних у пакеті; відсутність єдиного загальноприйнятого стандарту.

LAN – Local Area Network – об’єднують комп’ютери, які розташовані на невеликій відстані один від одного. Локальні мережі є мережами закритого типу, доступ до них дозволений лише обмеженому контингенту користувачів, для яких робота у такій мережі безпосередньо пов’язана з їхньою професійною діяльністю.

Склад локальної мережі: комп’ютери; мережеві адаптери; периферійні пристрої; середовище передачі; мережеві пристрої (комутатори, маршрутизатори, мости, повторювачі).

Різні середовища доступу: мідні провідники, оптичні кабелі і радіоканал (безпровідні технології). Провідний зв’язок установлюється через Ethernet, безпровідний – через Wi-Fi,Bluetooth, GPRS та ін.

Сучасні локальні мережі будуються на основі топології «зірка» з використанням концентраторів (хабів), комутаторів та кабелю.

Комп’ютери, що входять у локальну мережу, поділяються на два типи: робочі станції, призначені для користувачів і сервери, які, як правило, недоступні для звичайних користувачів.

Переваги локальних мереж: розподіл даних (Data Sharing). Дані в мережі зберігаються на сервері та

можуть бути доступні для будь-якої робочої станції, підключеної до мережі;

розподіл ресурсів (Resource Sharing). Периферійні пристрої можуть бути доступні для всіх користувачів мережі (наприклад, факс або лазерний принтер);

розподіл програм (Software Sharing). Усі користувачі мережі можуть матидоступ до програм, які були один раз централізовано встановлені. При цьому повинна працювати мережева версія відповідних програм;

електронна пошта (Electronic Mail). Усі користувачі мережі можутьпередавати або приймати повідомлення;

висока швидкість передачі даних та низький рівень помилок при передачі даних.

Недоліки локальних мереж: використання локальної мережі обмежується невеликими географічними

відстанями; обмежене число комп’ютерів, що підключаються до мережі.

(MAN – Metropolitan Area Network) – міські мережі між закладами в межах одного або декількох міст, які об’єднують

багато локальних обчислювальних мереж.

WAN –Wide Area Network –

це сукупність віддалених один від одного комп’ютерів, сумісна взаємодія яких забезпечується комунікаційною мережею передачі даних і спеціальними програмами мережевої операційної системи.

Дякую за увагу!

45