Стандартные интерфейсы подключения датчиков и исследовательских приборов

|5 |CTS |К DTE |Сброс передачи |

|6 |DSR |К DTE |Готовность модема |

|7 |SG |— |Сигнальная земля |

|8 |DCD |К DTE |Обнаружение несущей данных |

|9 |— |К DTE |(Положительное контрольное напряжение) |

|10 |— |К DTE |(Отрицательное контрольное напряжение) |

|11 |QM |К DTE |Режим выравнивания |

|12 |SDCD |К DTE |Обнаружение несущей вторичных данных |

|13 |SCTS |К DTE |Вторичный сброс передачи |

|14 |STD |К DCE |Вторичные передаваемые данные |

|15 |TC |К DTE |Синхронизация передатчика |

|16 |SRD |К DTE |Вторичные принимаемые данные |

|17 |RC |К DTE |Синхронизация приемника |

|18 |DCR |К DCE |Разделенная синхронизация приемника |

|19 |SRTS |К DCE |Вторичный запрос передачи |

|20 |DTR |К DCE |Готовность терминала |

|21 |SQ |К DTE |Качество сигнала |

|22 |RI |К DTE |Индикатор звонка |

|23 |— |К DCE |(Селектор скорости данных) |

|24 |TC |К DCE |Внешняя синхронизация передатчика |

|25 |— |К DCE |(Занятость) |

Примечания:

Линии 11, 18, 25 обычно считают незаземленными. Приведенная в таблице

спецификация относится к спецификациям Bell 113B и 208A.

Линии 9 и 10 используются для контроля отрицательного (MARK) и

положительного (SPACE) уровней напряжения.

Во избежание путаницы между RD (Read - считывать) и RD (Received Data

- принимаемые данные) будут использоваться обозначения RXD и TXD, а

не RD и TD.

Стандартный последовательный порт RS-232C имеет форму 25-контактного

разъема типа D (рис 1).

[pic]

Рис. 1. Назначение линий 25-контактного разъема типа D для интерфейса RS-

232C

Терминальное оборудование обычно оснащено разъемом со штырьками, а

связное - разъемом с отверстиями (но могут быть и исключения).

Сигналы интерфейса RS-232C подразделяются на следующие классы.

Последовательные данные

(например, TXD, RXD). Интерфейс RS-232C обеспечивает два независимых

последовательных канала данных: первичный (главный) и вторичный

(вспомогательный). Оба канала могут работать в дуплексном режиме, т.е.

одновременно осуществляют передачу и прием информации.

Управляющие сигналы квитирования

(например, RTS, CTS). Сигналы квитирования - средство, с помощью

которого обмен сигналами позволяет DTE начать диалог с DCE до

фактической передачи или приема данных по последовательной линии связи.

Сигналы синхронизации

(например, TC, RC). В синхронном режиме (в отличие от более

распространенного асинхронного) между устройствами необходимо передавать

сигналы синхронизации, которые упрощают синхронизм принимаемого сигнала

в целях его декодирования.

На практике вспомогательный канал RS-232C применяется редко, и в

асинхронном режиме вместо 25 линий используются 9 линий (таблица 2).

Таблица 2. Основные линии интерфейса RS-232C.

|Номер |Сигнал |Выполняемая функция |

|контакта | | |

|1 |FG |Подключение земли к стойке или шасси |

| | |оборудования |

|2 |TXD |Последовательные данные, передаваемые от DTE к |

| | |DCE |

|3 |RXD |Последовательные данные, принимаемые DTE от DCE |

|4 |RTS |Требование DTE послать данные к DCE |

|5 |CTS |Готовность DCE принимать данные от DTE |

|6 |DSR |Сообщение DCE о том, что связь установлена |

|7 |SG |Возвратный тракт общего сигнала (земли) |

|8 |DCD |DTE работает и DCE может подключится к каналу |

| | |связи |

Виды сигналов

В большинстве схем, содержащих интерфейс RS-232C, данные передаются

асинхронно, т.е. в виде последовательности пакета данных. Каждый пакет

содержит один символ кода ASCII, причем информация в пакете достаточна

для его декодирования без отдельного сигнала синхронизации.

Символы кода ASCII представляются семью битами, например буква А

имеет код 1000001. Чтобы передать букву А по интерфейсу RS-232C,

необходимо ввести дополнительные биты, обозначающие начало и конец

пакета. Кроме того, желательно добавить лишний бит для простого контроля

ошибок по паритету (четности).

Наиболее широко распространен формат, включающий в себя один

стартовый бит, один бит паритета и два стоповых бита. Начало пакета

данных всегда отмечает низкий уровень стартового бита. После него

следует 7 бит данных символа кода ASCII. Бит четности содержит 1 или 0

так, чтобы общее число единиц в 8-битной группе было нечетным. Последним

передаются два стоповых бита, представленных высоким уровнем напряжения.

Эквивалентный ТТЛ-сигнал при передаче буквы А показан на рис. 2.

[pic]

Рис. 2. Представление кода буквы А сигнальными уровнями ТТЛ.

Таким образом, полное асинхронно передаваемое слово состоит из 11 бит

(фактически данные содержат только 7 бит) и записывается в виде

01000001011.

Используемые в интерфейсе RS-232C уровни сигналов отличаются от

уровней сигналов, действующих в компьютере. Логический 0 (SPACE)

представляется положительным напряжением в диапазоне от +3 до +25 В,

логическая 1 (MARK) - отрицательным напряжением в диапазоне от -3 до

-25 В. На рис. 3 показан сигнал в том виде, в каком он существует на

линиях TXD и RXD интерфейса RS-232C.

[pic]

Рис. 3. Вид кода буквы А на сигнальных линиях TXD и RXD.

Сдвиг уровня, т.е. преобразование ТТЛ-уровней в уровни интерфейса RS-

232C и наоборот производится специальными микросхемами драйвера линии и

приемника линии.

На рис. 4 представлен типичный микрокомпьютерный интерфейс RS-232C.

Программируемая микросхема DD1 последовательного ввода осуществляет

параллельно-последовательные и последовательно-параллельные

преобразования данных. Микросхемы DD2 и DD3 производят сдвиг уровней

для трех выходных сигналов TXD, RTS, DTR, а микросхема DD4 - для трех

входных сигналов RXD, CTS, DSR. Микросхемы DD2 и DD3 требуют напряжения

питания ±12 В.

[pic]

Рис. 4. Типичная схема интерфейса RS-232C.

Усовершенствования

Разработано несколько новых стандартов, направленных на устранение

недостатков первоначальных спецификаций интерфейса RS-232C. Среди них

можно отметить интерфейс RS-422 (балансная система, допускающая импеданс

линии до 50 Ом), RS-423 (небалансная система с минимальным импедансом

линии 450 Ом) и RS-449 (стандарт с высокой скоростью передачи данных, в

котором несколько изменены функции схем и применяется 37-контактный

разъем типа D).

Тестовое оборудование для интерфейса RS-232C

Соединители.

Эти дешевые устройства упрощают перекрестные соединения сигнальных

линий интерфейса RS-232C. Они обычно оснащаются двумя разъемами типа D

(или ленточными кабелями, имеющими розетку и вставку), и все линии

проводятся к той области, куда можно вставить перемычки. Такие

устройства включаются последовательно с линиями интерфейса RS-232C, и

затем проверяются различные комбинации подключений.

Трансформаторы разъема.

Обычно эти приспособления имеют разъем RS-232C со штырьками на одной

стороне и разъем с отверстиями на другой стороне.

Пустые модемы.

Как и предыдущие устройства, пустые модемы включаются

последовательно в тракт данных интерфейса RS-232C. Их функции

заключаются в изменении сигнальных линий таким образом, чтобы превратить

DTE в DCE.

Линейные мониторы.

Мониторы индицируют логические состояния (в терминах MARK и SPACE)

наиболее распространенных сигнальных линий данных и квитирования. С их

помощью пользователь получает информацию о том, какие сигналы в системе

присутствуют и активны.

Врезки.

Эти устройства обеспечивают доступ к сигнальным линиям. В них, как

правило, совмещены возможности соединителей и линейных мониторов и,

кроме того, предусмотрены переключатели или перемычки для соединения

линий с обоих сторон устройства.

Интерфейсные тестеры.

По своей конструкции эти устройства несколько сложнее предыдущих

простых устройств. Они позволяют переводить линии в состояния MARK или

SPACE, обнаруживать помехи, измерять скорость передачи данных и

индицировать структуру слова данных.

Интерфейс USB: описание и основы устройств сопряжения

Интерфейс USB (Universal Serial Bus - Универсальный Последовательный

Интерфейс) предназначен для подключения периферийных устройств к

персональному компьютеру. Позволяет производить обмен информацией с

периферийными устройствами на трех скоростях (спецификация USB 2.0):

0. Низкая скорость (Low Speed - LS) - 1,5 Мбит/с;

1. Полная скорость (Full Speed - FS) - 12 Мбит/с;

2. Высокая скорость (High Speed - HS) - 480 Мбит/с.

Для подключения периферийных устройств используется 4-жильный

кабель: питание +5 В, сигнальные провода D+ и D-, общий провод.

[pic]

Интерфейс USB соединяет между собой хост (host) и устройства. Хост

находится внутри персонального компьютера и управляет работой всего

интерфейса. Для того, чтобы к одному порту USB можно было подключать

более одного устройства, применяются хабы (hub - устройство,

обеспечивающее подключение к интерфейсу других устройств). Корневой хаб

(root hub) находится внутри компьютера и подключен непосредственно к

хосту. В интерфейсе USB используется специальный термин "функция" - это

логически законченное устройств, выполняющее какую-либо специфическую

функцию. Топология интерфейса USB представляет собой набор из 7 уровней

(tier): на первом уровне находится хост и корневой хаб, а на последнем -

только функции. Устройство, в состав которого входит хаб и одна или

несколько функций, называется составным (compaund device).

Порт хаба или функции, подключаемый к хабу более высокого уровня,

называется восходящим портом (upstream port), а порт хаба, подключаемый

к хабу более низкого уровня или к функции называется нисходящим портом

(downstream port).

Все передачи данных по интерфейсу иницируются хостом. Данные

передаются в виде пакетов. В интерфейсе USB испольуется несколько

разновидностей пакетов:

пакет-признак (token paket) описывает тип и направление передачи

данных, адрес устройства и порядковый номер конечной точки (КТ -

адресуемая часть USB-устройства); пакет-признаки бывают нескольких

типов: IN, OUT, SOF, SETUP;

пакет с данными (data packet) содержит передаваемые данные;

пакет согласования (handshake packet) предназначен для сообщения о

результатах пересылки данных; пакеты согасования бывают нескольких

типов: ACK, NAK, STALL.

Таким образом каждая транзакция состоит из трех фаз: фаза передачи

пакета-признака, фаза передачи данных и фаза согласования.

В интерфейсе USB используются несколько типов пересылок

информации.

Управляющая пересылка (control transfer) используется для

конфигурации устройства, а также для других специфических для

конкретного устройства целей.

Потоковая пересылка (bulk transfer) используется для передачи

относительно большого объема информации.

Пересылка с прерыванием (iterrupt transfer) испольуется для передачи

относительно небольшого объема информации, для которого важна

своевременная его пересылка. Имеет ограниченную длительность и

повышенный приоритет относительно других типов пересылок.

Изохронная пересылка (isochronous transfer) также называется

потоковой пересылкой реального времени. Информация, передаваемая в такой

пересылке, требует реального масштаба времени при ее создании, пересылке

и приеме.

Потоковые пересылки характеризуются гарантированной безошибочной

передачей данных между хостом и функцией посредством обнаружения ошибок

при передаче и повторного запроса информации.

Когда хост становится готовым принимать данные от функции, он в

фазе передачи пакета-признака посылает функции IN-пакет. В ответ на это

функция в фазе передачи данных передает хосту пакет с данными или, если

она не может сделать этого, передает NAK- или STALL-пакет. NAK-пакет

сообщает о временной неготовности функции передавать данные, а STALL-

пакет сообщает о необходимости вмешательства хоста. Если хост успешно

получил данные, то он в фазе согласования посылает функции ACK-пакет. В

противном случае транзакция завершается.

Когда хост становится готовым передавать данные, он посылает

функции OUT-пакет, сопровождаемый пакетом с данными. Если функция

успешно получила данные, он отсылает хосту ACK-пакет, в противном случае

отсылается NAK- или STALL-пакет.

Управляющие пересылки содержат не менее двух стадий: Setup-стадия

и статусная стадия. Между ними может также располагаться стадия передачи

данных. Setup-стадия используется для выполнения SETUP-транзакции, в

процессе которой пересылается информация в управляющую КТ функции. SETUP-

транзакция содержит SETUP-пакет, пакет с данным и пакет согласования.

Если пакет с данными получен функцией успешно, то она отсылает хосту ACK-

пакет. В противном случае транзакция завершается.

В стадии передачи данных управляющие пересылки содержат одну или

несколько IN- или OUT-транзакций, принцип передачи которых такой же, как

и в потоковых пересылках. Все транзакции в стадии передачи данных должны

производиться в одном направлении.

В статусной стадии производится последняя транзакция, которая

использует те же принципы, что и в потоковых пересылках. Направление

этой транзакции противоположно тому, которое использовалось в стадии

передачи данных. Статусная стадия служит для сообщения о результате

выполнения SETUP-стадии и стадии передачи данных. Статусная информация

всегда передается от функции к хосту. При управляющей записи (Control

Write Transfer) статусная информация передается в фазе передачи данных

статусной стадии транзакции. При управляющем чтении (Control Read

Transfer) статусная информация возвращается в фазе согласовании

статусной стадии транзакции, после того как хост отправит пакет данных

нулевой длины в предыдущей фазе передачи данных.

Пересылки с прерыванием могут содержать IN- или OUT-пересылки. При

получении IN-пакета функция может вернуть пакет с данными, NAK-пакет или

STALL-пакет. Если у функции нет информации, для которой требуется

прерывание, то в фазе передачи данных функция возвращает NAK-пакет. Если

работа КТ с прерыванием приостановлена, то функция возвращает STALL-

пакет. При необходимости прерывания функция возвращает необходимую

информацию в фазе передачи данных. Если хост успешно получил данные, то

он посылает ACK-пакет. В противном случае согласующий пакет хостом не

посылается.

Изохронные транзакции содержат фазу передачи признака и фазу

передачи данных, но не имеют фазы согласования. Хост отсылает IN- или

OUT-признак, после чего в фазе передачи данных КТ (для IN-признака) или

хост (для OUT-признака) пересылает данные. Изохронные транзакции не

поддерживают фазу согласования и повторные посылки данных в случае

возникновения ошибок.

В связи с тем, что в интерфейсе USB реализован сложный протокол

обмена информацией, в устройстве сопряжения с интерфейсом USB необходим

микропроцессорный блок, обеспечивающий поддержку протокола. Поэтому

основным вариантом при разработке устройства сопряжения является

применение микроконтроллера, который будет обеспечивать поддержку

протокола обмена. В настоящее время все основные производители

микроконтроллеров выпускают продукцию, имеющую в своем составе блок USB

,например фирма Atmel производит контроллёр AT43355 на ядре AVR. Имеет

встроенные USB-функцию и хаб с 2 внешними нисходящими портами,

работающие в LS/FS-режимах, 1 кбайт ОЗУ, 24 кбайт ПЗУ, 32х8 регистров

общего назначения, 27 программируемых выводов, последовательный и SPI-

интерфейсы, 12-канальный 10-разрядный АЦП. Функция имеет 1 управлющую КТ

и 3 программируемых КТ с буферами FIFO размером 64/64/8 байт.

ЦИФРОВОЙ ЗАПОМИНАЮЩИЙ ОСЦИЛЛОГРАФ ЛА-ОЦЗС

Устройство ЛА-ОЦЗ представляет собой цифровой запоминающий

осциллограф, предназначенный для работы в составе IBM-совместимого

компьютера.

К компьютеру устройство подключается через стандартный параллельный

принтерный порт LPT.

Основное назначение прибора - исследование формы электрических сигналов

путем визуального наблюдения и измерения их амплитудных и временных

параметров.

Принцип работы прибора заключается в том, что непрерывный (аналоговый)

сигнал преобразуется в цифровую форму и полученные цифровые данные

передаются в компьютер. Под управлением программного обеспечения цифровой

сигнал обрабатывается и отображается на мониторе компьютера.

Программное обеспечение, входящее в комплект поставки, позволяет

использовать прибор как обычный осциллограф, спектроанализатор,

регистратор и стробоскоп. Эквивалентное разрешение стробоскопа до 1 ГГц.

Система маркеров позволяет проводить точные интерполяционные измерения,

функция растяжки (зумирования) изображения позволяет детально исследовать

форму сигналов. Поддерживается функция копирования осциллограмм сигналов

в буфер обмена для использования другими приложениями операционной

системы.

Минимальные требования к системе

. IBM-совместимый персональный компьютер

. Процессор Pentium 100 МГц или совместимый

. Объем ОЗУ 32 Mб

. Накопитель CD-ROM

. 8 Мб свободного дискового пространства

. Свободный параллельный принтерный порт LPT

. ОС Microsoft Windows95, Windows98, Windows ME

. Мышь

Технические характеристики

|Интерфейс с компьютером |Параллельный порт LPT|

|Потребляемая мощность |+5В; 1,9А |

|Габариты |158 х 62 х 259 мм |

|Масса (без блока питания) |не более 1 кг |

|Число входов |2 синхронных |

|Тип разъема |BNC |

|Входное сопротивление |1МОм, 30пФ |

|Полоса пропускания (-3 дБ) |50 МГц |

|Диапазоны входных напряжений |± 5,0В; ± 2,5В; ± |

| |1,0В; ± 0,5В |

|Тип АЦП |Параллельный |

|Разрешение |8 бит |

|Время преобразования |20нс |

|Максимальная частота дискретизации |100МГц |

|одноканальном режиме (канал 0) | |

|Максимальная частота дискретизации в двухканальном |50МГц |

|режиме | |

|Максимальная частота дискретизации в режиме |до 1 ГГц |

|стробоскопа (эквивалентная) | |

|Объем памяти |128Кб/канал |

Параметры

|Параметр |Типовое Значение |

|Отношение сигнал/шум |47,5 дБ |

|Коэффициент гармоник |-55,0 дБ |

|Реальный динамический диапазон |57 дБ |

|Число эффективных разрядов |7,7 |

|Проникание из канала в канал |-60 дБ |

Источники:

1. Internet: http://www.rudshel.ru/russian/ - Центр АЦП ЗАО “Руднёв –

Шиляев”

2. Internet: http://elhelp.h1.ru/ - DeltaSoft /информация о USB/

3. Internet: http://www.pageofmax.narod.ru/lpt.htm - Персональная

страница Меметова Максима Евгеньвича

Страницы: 1, 2