Связь локальной сети контроллеров с ПЭВМ

Когда речь идёт о локальных сетях, следует иметь представление о топологии локальной сети, скорости обмена информацией между устройствами, допустимое количество устройств в сети и расстояние между ними. Существуют три основных топологии сети: кольцо, общая шина и звезда.

Если говорить о топологии сети "Транзит", то это - кольцо. Скорость обмена по сети равна 9600бит/с, количество устройств (контроллеров и шлюзов) в сети не более 15, расстояние между ними до 500м. Единицу скорости обмена бит/с называют бод. Поэтому 9600бит/с = 9600бод = 9,6Кбод.

Если говорить о топологии контроллеров серии "Контраст" (КР300), то это - общая шина. Локальную сеть контроллеров КР-300 назвали "Магистр". Приведём краткую характеристику локальной сети "Магистр".

Магистральный последовательный канал используется для построения локальной сети и имеет следующие характеристики:

тип канала — асинхронный;

топология сети — „общая шина”;

интерфейс — RS-485;

число контроллеров в сети — до 32;

скорость передачи данных — 19,2, 38,4, 57,6, 115,2, 250, 500 Кбод, устанавливается пользователем;

гальваническая развязка — имеется;

длина линии связи сети — до 1,2 км в зависимости от установленной скорости передачи данных;

тип линий связи — витая пара или коаксиальный кабель.

Радиальный последовательный канал используется в качестве шлюза для связи с верхним уровнем. Аппаратно это реализуется через блок питания шлюзовой (БП-Ш). Характеристики канала связи с ПЭВМ:

тип канала — асинхронный;

интерфейс — RS-232C или ИРПС;

формат байта: старт-бит, 8 бит данных, контроль по паритету отсутствует, длина стоповой посылки — 1 бит;

скорость передачи данных — 1,2, 2,4, 4,8, 9,6, 19,2, 38,4, 57,6, 115,2 Кбод, зависит от интерфейса (для ИРПС — только первые 5 значений) и устанавливается пользователем;

гальваническая развязка — только для ИРПС;

длина линий связи — до 1,2 км, зависит от интерфейса (для RS-232C — до 15 м) и установленной скорости передачи данных;

тип линий связи — две витые пары.

В названиях RS-232, RS-485, RS-422 RS расшифровывается как Recommended Standard (рекомендованный стандарт)[7]. Ключевое слово тут - "рекомендованный", означающее, что эти стандарты никогда никем не были приняты. Смысл статуса "рекомендованный" означает только одно - каждый производитель вправе реализовать этот интерфейс так, как он считает нужным. Однако, если производитель желает, чтобы его устройство было совместимо с другими аналогичными устройствами, он должен придерживаться определенных правил, которые собственно и закреплены этим стандартом. Все RS-интерфейсы можно разделить на полудуплексные (half-duplex) и дуплексные (full-duplex). Правда, деление такое не совсем точно, т.к. тот же RS-485 может быть и полудуплексным (два провода) и дуплексным (четыре провода), они так и называются - 2-wire (2-проводный) RS-485 и 4-wire (4-проводный) RS-485[8]. Симплексные (simplex) интерфейсы позволяют передавать данные только в одну сторону, т.е. только с передатчика на приемник, но не обратно. В качестве примера симплексного интерфейса можно привести FM радио или телевидение. Применяется в тех случаях, когда надо просто передать информацию какому-либо устройству без необходимости подтверждения и обратной связи.

Полудуплексные интерфейсы снимают главное ограничение симплексных интерфейсов - одностороннюю связь. Они позволяют двум устройствам обмениваться информацией, причем оба устройства могут быть и приемниками и передатчиками, но не одновременно! Т.е. каждое устройство может либо передавать, либо принимать (например, RS-485 полудуплексный).

Применение дуплексного интерфейса позволяет осуществлять прием и передачу информации одновременно, т.е. оба устройства могут быть и приемником и передатчиком одновременно. Например, RS-232 - дуплексный интерфейс.

Амплитуда принятого сигнала должна быть больше зоны нечувствительности: для логической 1 - отрицательнее минус 3В, для логического 0 - положительнее плюс 3В. Сигнал, попадающий в зону нечувствительности, трактуется как отсутствие сигнала. Это касается активного сопротивления кабеля. Реактивная составляющая влияет на форму принятого сигнала. Она не должна быть индуктивной во избежание появления выбросов напряжения в цепях обмена. В то же время, она не должна иметь большой емкостной составляющей. Интерфейс RS-232 использует небалансный (unbalanced) сигнал, в то время как RS-422/RS-485 используют балансный (balanced) сигнал.

Небалансный сигнал передается по несбалансированной линии, представляющей собой сигнальную землю и одиночный сигнальный провод, уровень напряжения на котором используется, чтобы передать или получить двоичные 1 или 0. Напротив, балансный сигнал передается по сбалансированной линии, которая представлена сигнальной землей и парой проводов, разница напряжений между которыми используется для передачи/приема бинарной информации (все вместе составляет экранированную витую пару). Не углубляясь в подробности, можно сказать, что сбалансированный сигнал передается быстрее и дальше, чем несбалансированный. Для небалансного сигнала уровень двоичной единицы соответствует диапазону от минус 5В до минус 15В. Уровень нуля лежит в пределах от 5В до 15В.

Аппаратная часть связи с ПЭВМ показана на рис.39. Связь ПЭВМ с локальной сетью "Транзит" осуществляется через блок сопряжения (шлюз) по интерфейсу RS-232C. Протокол обмена информацией с контроллерами локальной сети "Транзит" описан в литературе[3].

Интерфейс RS-232С - это одна из разновидностей последовательных интерфейсов, то есть информационный сигнал передается последовательно, бит за битом, по одному сигнальному проводу. Таким образом, теоретически, последовательные интерфейсы требуют только пары проводов (сигнальный и общий). Из этого вытекает, что помехоустойчивость такого вида передачи сигналов должна быть довольно велика, так как в единичный интервал времени помеха может воздействовать только на один бит в байте, а не на все 8, как в параллельном интерфейсе.Канал связи RS232 допускает соединение “точка” - ”точка”. Уровень сигналов в платах, формат байтов, скорости работы полностью соответствуют стандарту RS232. Для связи локальной сети "Транзит" с ПЭВМ через шлюз используется трехпроводная схема соединения:

ПЭВМ (RS-232) DB9	Шлюз (RS-232)
Наименование	Цепь	Конт.	Цепь	Конт.	Наименование
“приемник”	RxD		TxD		“передатчик”
“передатчик”	TxD		RxD		“приемник”
“земля”	GND		GND		“земля”

Примечание: Гальваническая развязка линии отсутствует. Желательно использовать на ограниченных расстояниях до 10м. В лаборатории линия связи от ПЭВМ N1 около 15м. Связь и в этом случае достаточно устойчивая, т.к. нет помех, и скорость обмена составляет 4800бит/с. Допускается использовать только в системах с общим заземлением или с автономным питанием.

Данный коммуникационный интерфейс применяется в IBM-совместимых ПК. Стандарт RS-232С разработан в 1969 г. американской Ассоциацией электронной промышленности (Electronic Industries Association) и носит название EIA RS-232-C, так же этот стандарт называется CCITT V.24. Каждое из устройств RS-232 представляет собой контроллер, оснащенный 25- или 9-штырьковым разъемом на задней стенке корпуса ПЭВМ. Этот разъем может использоваться для подключения мыши, графопостроителя или многих других устройств, а также организации связи между ПЭВМ. Общий вид такого разъема приведен на рис.40. Вместо букв используются для нумерации контактов и цифры. Отечественный аналог этого стандарта носит название “Стык С2”, а сам порт называется универсальным асинхронным приемопередатчиком (УАПП). Еще одно название программируемый элемент асинхронной связи (ACE).

Рис. 40. Стандартный разъем последовательного порта

Буквы A…P означают номера контактов 10..25. Оба разъема - "папа" (DBxxM, male), со штырьками.

Наименования контактов разъёма RS-232 приведены в таблице 16.

Таблица 16

Название сигнала	Номер контакта	Назначение	Направление
DB9	DB25
DCD			Связь модемов установлена	В ПЭВМ
RX (RxD, Sin)			Принимаемые данные	В ПЭВМ
TX(TxD, Sout)			Передаваемые данные	Из ПЭВМ
DTR			Готовность ПЭВМ к работе	Из ПЭВМ
SG (GND)			Сигнальная земля	-
DSR			Готовность модема к работе	В ПЭВМ
RTS			Запрос на передачу	Из ПЭВМ
CTS			Готовность модема к передаче	В ПЭВМ
RI			Индикатор вызова	В ПЭВМ
FG	o		Защитная земля	-
TxC	-		Тактирование	В ПЭВМ
RxC	-		Тактирование	В ПЭВМ
ERxC	-		Тактирование	Из ПЭВМ
	-		Кольцевой тест через удаленный модем	Из ПЭВМ
ETxC	-		Тактирование	Из ПЭВМ
TI	-		Индикатор теста	В ПЭВМ

17. Интерфейс "Токовая петля" (ИРПС)

Информация по локальной сети передаётся набором логических нулей и единиц. Логическая единица соответствует току не менее 12мA (12-20mA), а логический нуль не должен превышать двух миллиампер. Четырехпроводное включение устройств обеспечивает полный дуплекс [3, 7].

В лаборатории А-08 Волжского политехнического института программы разрабатываются на языке функциональных алгоблоков с помощью специальной программы (кросс-средств) "Редитор Р-130". Запись (засылка) программ в контроллеры Р-130 с ПЭВМ осуществляется до шлюза по интерфейсу RS-232, а до контроллера - по ИРПС (сеть «Транзит»).