SS1 и SS2 – линии выбора ведомого устройства (slave).
Надежный обмен данными до нескольких метров. Обмен данными производится между двумя сдвиговыми регистрами, каждый из которых одновременно выполняет и функцию приемника, и функцию передатчика. Сигнал синхронизации генерирует ведущий (master). Первым передается старший бит.
Интерфейс USB.
Это многоточечный последовательный интерфейс. Длина кабеля для обмена — до (3-5) м. Количество подключенных устройств – 127. Управляющим контроллером является один контроллер (Host USB) , а остальные устройства ведомые (Device USB) . Для связи используются 4-е провода: VBus, GND, D+, D–.
GND – общий провод, VBus — провод питания. (D+, D–) – дифференциальные сигналы данных. Конструктивно разъемы сделаны так, что сначала происходит соединение провода питания, а потом провода данных. Интерфейс USB основан на применении микроконтроллеров, которые обеспечивают все необходимые функции протокола обмена информацией. В USB (по завершении передачи ) формируется прерывание.
(D+) — передача данных, (D–) — прием данных. Витая пара (D+ и D–) экранируется (используется оплетка).
Вилка типа «А» подключается к источнику (ведущее устройство), а вилка типа «В» подключается только к периферии(ведомое устройство). В USB изменение напряжения- это логический 0 , а постоянство напряжения – это логическая единица (1) :
USB1.0 – скорость 12 Мб/c , USB 2.0 – скорость 480 Мб/c , USB 3.0 –скорость 5000 Мб/c .В USB 3.0 используется пара на одну сигнальную линию. Единицей информации является пакет : биты синхронизации, данные, байты исправления ошибок. Процедура взаимодействия с периферией управляется контроллером USB.
Протокол в USB :
ПС-поле синхронизации, ПД- поле данных, БЦК- байты циклического контроля.
USB разъемы имеют следующую нумерацию контактов:
Интерфейс JTAG.(джей- таг)
Первоначально использовался для тестирования печатных плат, позже — для программирования и отладки устройств на микроконтроллерах. Физически под интерфейс выделено (4-5) линий (TMS,TCK,TDI,TDO). TDI –данные на вход.TCK –тактовая частота,TMS- управление контроллером,TDO- выход последовательных данных. Данные принимаются (по переднему фронту синхроимпульсов) младшими битами вперед. Выходные данные выдвигаются по заднему фронту. Состояние неизменное, пока сигнал TMS имеет значение «лог.1».
Интерфейс CAN. (Controller Area Network – сеть контроллеров).
Это специальный аппаратный интерфейс. CAN поддерживается международной ассоциацией автомобильных инженеров . Передаются сообщения – до 8 байт. Среда передачи данных в CAN может быть самой разной – витая пара, плоский кабель, оптоволокно. Управляют CAN -протоколом CAN контроллеры. Сообщения, передаваемые по CAN-шине, именуются кадрами. Форматы кадров: Data Frame – кадр данных. Remote Frame – кадр запроса данных . Error Frame – кадр ошибки . Overload Frame – кадр перегрузки
Интерфейс I2C. (ай-ту-си).
Последовательный способ передачи данных (синхронный ) интерфейс.
Линии (SCL) — тактовый сигнал , (SDA) – обмен данными. В режиме ожидания — обе линии SCL и SDA находятся в состоянии логической единицы. Линии подтянуты к источнику питания ( Vdd) через резисторы сопротивления (Rp) . Имеется устройство ведущее(мастер) и остальные устройства –ведомые(подчиненные). Каждое устройство имеет свой уникальный адрес ( устройства памяти – 0Аh ; часы и таймеры – 0Dh ; и т.д). Инициатором является мастером ( инициализирует передачу и завершает передачу). Все другие мастера отключены, если уже выбран мастер. Выбранный мастер ( своим микроконтроллером сформирует протокол — последовательность) ,по которому будет работать подчиненное устройство (к примеру часы). Используются 2 провода ( последовательные данные и синхронизация). Когда на 2-х проводах логическое состояние ( 1), то считается что провода ожидают начало в работе.
Начало передачи — S (start) , когда SDA переходит с высокого в низкий при высоком уровне SCL. P – стоп происходит, когда сигнал SDA переходит из низкого уровня в высокий при высоком уровне на SCL . Данные состоят из 8 бит ( формируются передатчиком) . АСК- это бит подтвержде¬ния ,который формируется приемником на девятом такте. Первые семь битов первого байта образуют адрес ведомого. Восьмой, младший бит, определяет направление пересылки данных. “Ноль” означает, что ведущий будет записывать информацию в выбранного ведомого. “Единица” означает, что ведущий будет считывать информацию из ведомого.
Интерфейс RS 485.
Программируемые логические контроллеры (ПЛК) содержат интерфейс RS 485. Сигнал называется дифференциальным, когда по двум отдельным проводам передается два комплементарных (инверсных друг относительно друга) сигнала.Передача и прием данных идет одной скрученной парой проводников (полудуплексная связь). RS 485 использует принцип дифференциальной (балансной) передачи данных. Передача одного сигнала по двум проводам. По одному проводу (A) идет оригинальный сигнал, а по проводу (B) — инверсная копия оригинального сигнала (если на А проводе «1», то на В — «0») и наоборот. Таким образом, между двумя проводами витой пары всегда разность потенциалов: при «1» она положительна, при «0» — отрицательна.
Разностью потенциалов и передается сигнал. Этот способ передачи сигнала обеспечивает высокую устойчивость к синфазной помехе.Прием и передача идут по одной паре проводов и разделены во времени (во время приема отключается передатчик, а во время передачи – приемник)
Интерфейс 1 Wire.
Один ведущий (мастер) осуществляет обмен данными с одним или более ведомыми устройствами по однопроводной линии данных (не считая общего провода), используя последовательный протокол 1 Wire. Мастер инициирует все процессы, происходящие в сети, и управляет ими. Передача данных осуществляется побайтно и побитно. Wire используют последовательный способ обмена. Для передачи по 1 -Wire, также используется заземление, которое часто выступает второй линией. Линия данных в подключенном состоянии находится под напряжением (логическая единица), а сигналы по линии передаются путем еѐ заземления (сброс в логический ноль). Связь по интерфейсу 1 -Wire обычно осуществляется сеансами. Сеанс связи начинается мастером с инициализации : сбрасываются (перезагружаются) все ведомые устройства. Затем происходит выбор ведомого устройства. Затем выбранное ведомое устройство готово принимать данные и выполнять команды.
Процесс инициализации:
Мастер заземляет линию данных. Ведомое устройство, зафиксировав заземление линии . перезагружается. После перезагрузки идет ожидание в 15-60 мкс, а затем снова происходит заземление линии на 60-240 мкс. Так ведомое устройство подтверждает, что оно присутствует на линии.
Затем идет процесс работы с передачей данных и начинает этот процесс мастер :
Данные передаются побитно, начиная с младшего бита младшего байта. Пауза между битами минимум 1 мкс. Сам бит (0) или (1) определяется за 60-120 мкс.
Процессы с данными производимые подчиненным (ведомым) устройством:
коричневый цвет (сброс линии данных мастером) , синий цвет (сброс линии данных ведомым устройством ) , черный цвет (восстановление высокого уровня напряжения).
Когда передается «0» , то заземление линии поддерживается ведомым устройством. Когда передается «1», то линия отпускается и на ней восстанавливается уровень напряжения. Из написанного выше следует, что протокол обмена по этому интерфейсу реализуется программно (практически на любом микроконтроллере).
V-напряжение питания. Каждое устройство 1-Wire обладает уникальным идентификационным 64-битным адресом, программируемым на этапе производства микросхемы. Адрес состоит из 8 битного группового кода, 48 битного серийного номера и 8 битного значения контрольной суммы CRC (Cyclic Redundancy Check — циклический избыточный код) первых семи байтов.
Интерфейс HART.
Передача аналоговых сигналов значениями тока в диапазоне 4 до 20 мА . HART протокол используется в режиме «точка -точка» ( непосредственное соединение). Цифровая информация передаётся частотами 1200 Гц (логическая 1) и 2200 Гц (логический 0), которые накладываются на аналоговый токовый сигнал.
MPI ( многоточечный интерфейс).
Используется для связи CPU (программируемого промышленного контроллера) с устройством программирования (PG) , панелью оператора (OP) , для обмена данными в подсети MPI. Для этого создается сеть MPI : назначаются адреса для каждого CPU, используя диалоговое окно «Properties — MPI Interface» («Свойства – MPI интерфейс»). Если нужно связать персональный компьютер с сетью MPI , то необходим кабель PC/PPI.
Интерфейс PROFIBUS-DP
С помощью PROFIBUS-DP строятся протяженные подсети. Интерфейс PROFIBUS-DP может быть спроектирован как master или как slave. Используются методы доступа “Token Bus” (передача маркера ) для активных станций и “Master–Slave” (Ведущий-Ведомый) – для пассивных . Служит для связи между ПЛК (промышленным контролером) и устройствами распределенной периферии. Физический уровень реализован по протоколу RS485.
Интерфейс Ethernet.
Ethernet позволяет использовать Internet. Ethernet — продукт для локальных сетей. По сети (дистанционно) выполняется программирование , конфигурирование , отладка, диагностика. Используется протокол TCP/IP. Фрейм :
На основе Ethernet строят системы управления для связи с сетями полевого уровня PROFIBUS.
LVDS (Low Voltage Differential Signaling) интерфейс.
Использование витой пары. Передача данных оценивает очень малые перепады дифференциального напряжения ( до 350 мВ ). Скорость до нескольких тысяч мегабит в секунду (Mbps).. Источник тока ( номиналом 3.5 мА) нагружен на дифференциальную пару . Приёмник имеет высокое входное сопротивление, поэтому ток передатчика протекает через 100 Ом резистор на линии. На этом резисторе возникает падение напряжения до 350 мВ. Резистор завершает токовую петлю и подавляет искажения коротких импульсов.
Когда выход передатчика переключается, то направление протекания тока через резистор меняется на противоположное, обеспечивая логические состояния “0” или “1”.
AS (интерфейс).
Интерфейс используется для подключения датчиков и исполнительных механизмов к системам управления. Обмен данными и питание осуществляется через двухжильный кабель (жилы в виде витой пары) . Экран нельзя заземлять на обоих концах кабеля.
Благодаря определенной методике по проводу проходит ( одновременно) как питание так и передача данных. Протокол AS-Interface состоит из : запроса ведущего устройства, паузы ведущего устройства, ответа ведомого устройства и, соответственно, паузы ведомого устройства. В системах SIMATIC роль ведущих устройств играют коммуникационные процессоры (CP). AS–интерфейс является системой с одним ведущим устройством. Это устройство опрашивает поочерёдно все ведомые, ожидая от каждого ответ.
Литература для изучения : ИНТЕРФЕЙСЫ.