Magistrale szeregowe
magistrale komunikacyjne panel operatorski inne systemy urządzenia kontr-pomiar. timery RTC dekodery adresów ukł.obsługiPAO kontrolery przerwań pamięci zewn. procesor pamięć programu (ROM) pamięć danych (RAM) urz. opera- torskie urz. komuni-kacyjne urz. obiek- towe magistrala systemowa magistrale komunikacyjne
Magistrale komunikacyjne - I2C 3/21 I2C - “międzyscalakowa” synchroniczna magistrala szeregowa Philips’a (I2C = IIC = Inter-Integrated Circuit) Zastosowania: komunikacja w rozproszonych systemach automatyki i pomiarów; sterowanie urządzeniami peryferyjnymi; nowoczesny sprzęt powszechnego użytku. Budowa: SCL - linia zegara o fMAX=100kHz (pierwotnie), 400kHz (standard 1.0 z 1992r.) 1MHz-3,4MHz (rozszerzenie 2.0 standardu z 1998r.); SDA - linia danych; wspólna masa; linie SCL i SDA są sterowane przez wyjścia typu OC (OD) - konieczna jest polaryzacja opornikami do Vcc; do jednej magistrali może być dołączonych do 32 urządzeń.
Magistrale komunikacyjne - I2C 4/21 Charakterystyczne bity: SCL SDA “S” bit startu “D” bit danych “A” bit potwierdzenia “E” bit stopu Transmisja polega na transmisji bajtów: SCL SDA D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 A
Magistrale komunikacyjne - I2C 5/21 Transmisja jest realizowana między urządzeniem nadrzędnym (master), dostarczającym sygnału SCL i podrzędnym (slave), obsługującym tylko SDA. Możliwe typy urządzeń dołączonych do jednej gałęzi I2C: SCL SDA Vcc master nad/odb slave odb
Magistrale komunikacyjne - I2C 6/21 Przy transmisji master slave bit “A” generuje slave gdy został poprawnie zaadresowany i odebrał daną. Transmisję rozpoczyna master bitem “S”. Transmisję kończy master bitem “E” lub nowym bitem “S”. SCL master SDA S D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 E S D7 D6 D5 slave A
Magistrale komunikacyjne - I2C 7/21 Przy transmisji slave master bit “A” generuje master gdy odebrał daną i ma zamiar odbierać następne dane od slave. Nie podanie przez master bitu “A” zmusza slave do przerwania nadawania. Transmisję kończy master bitem “E” lub nowym bitem “S”. SCL master SDA slave D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 A jest potwierdzenie od master S D7 D6 D5 brak potwierdzenia od master
Magistrale komunikacyjne - I2C 8/21 Adresowanie urządzeń Podstawowe mechanizmy adresowania pozwalają zaadresować do 128 urządzeń na jednej magistrali. Każde z urządzeń musi mieć nadany sprzętowo 7-bitowy adres. Urządzenia mogą mieć różny charakter: master albo slave i realizować transmisję jako: nadajniki, odbiorniki lub nadajniki-odbiorniki. Aby slave mógł uczestniczyć w transmisji, musi najpierw zostać zaadresowany przez aktywnego mastera. Master wysyła adres wywoływanego slave-a razem z bitem R/W określającym kierunek transmisji następnych bajtów.
Magistrale komunikacyjne - I2C 9/21 Typowe protokoły transmisji: 1. master slave S slave adres 0 A adres wewn. slave A bajt danych A X slave master x N + R/W 2. slave master S slave adres 1 A bajt danych A bajt danych 1 X slave master N + R/W x (N-1)
Magistrale komunikacyjne - I2C 10/21 Przykładowa gałąź magistrali I2C:
Magistrale komunikacyjne - D2BUS 11/21 D2BUS (D2BUS = DDBUS = Digital Data Bus) Cechy D2BUS: szybkość do 100kb/s; zasięg do 150m; możliwość zaadresowania do 4096 urządzeń; do 50 urządzeń w jednej gałęzi magistrali; jako łącze występuje najczęściej skrętka; możliwość przejęcia sterowania magistralą przez którekolwiek z urządzeń mające funkcję D2BUS master; usunięcie lub wyłączenie urządzenia nie wpływa na komunikację pomiędzy pozostałymi urządzeniami; magistrala służy do komunikacji pomiędzy urządzeniami, wewnątrz których zastosowano I2C.
Magistrale komunikacyjne - D2BUS 12/21 Przykład ramki magistrali D2BUS: S - bit startu, P - bit parzystości, A - bit potwierdzenia, E - bit stopu Zastosowania D2BUS: łączenie niewielkiej liczby urządzeń rozmieszczonych na niedużym obszarze (np. rozproszone lokalnie układy automatyki, sprzęt audio-wideo).
Magistrale komunikacyjne - D2BUS 13/21 Przykład wykorzystania D2BUS:
Magistrale komunikacyjne - CAN 14/21 CAN (Controller Area Network) opracowanie firm Bosch i Intel Cechy magistrali: asynchroniczna, o dużej liczbie nadajników i odbiorników (do 2032 w wersji 2.0A; do 500mln w wersji 2.0B); usunięcie lub wyłączenie urządzenia nie wpływa na komunikację pomiędzy pozostałymi urządzeniami; szybkość do 1Mb/s przy 40m; zasięg do 1000m przy 40kb/s; nośnik: skrętka symetryczna; bity są kodowane napięciami różnicowymi; niewrażliwa na zakłócenia elektromagnetyczne.
Magistrale komunikacyjne - CAN 15/21 Gałąź CAN: Standardowa ramka danych CAN:
Magistrale komunikacyjne - CAN 16/21 Zastosowania: technika motoryzacyjna (wtrysk paliwa, ABS, poduszki powietrzne, systemy oświetlenia, klimatyzacja, zabezpieczenia), technika lotnicza, roboty przemysłowe, sterowniki przemysłowe (Siemens). J1850 - odmiana amerykańska, niekompatybilna elektrycznie z CAN, stosowana m.in. przez Chrysler, General Motors, Ford ABUS - podobny do CAN system Volkswagena VAN - podobny do CAN system Peugeot i Renault
Magistrale komunikacyjne - SPI 17/21 SPI (Serial Peripherial Interface) opracowanie Motoroli Cechy magistrali: transmisja synchroniczna, pełnodupleksowa; szybkość typowo 1,5Mb/s, maksymalnie do 6..10Mb/s; trzy linie transmisyjne + linia wyboru układu podrzędnego; 4 tryby transmisji, zależnie od polaryzacji i wykorzystania zboczy zegara; podział na układy master i slave; master jest odpowiedzialny za generację sygnałów zegarowego i wyboru; możliwe jest dołączenie wielu master i slave do jednej magistrali; brak mechanizmów adresowania. Zastosowania SPI: obsługa szeregowych pamięci konfiguracji, przetworników A/C i C/A, komunikacja wieloprocesorowa.
Magistrale komunikacyjne - SPI 18/21 Przykład magistrali SPI: Przykład ramki komunikacji z pamięcią EEPROM:
Magistrale komunikacyjne - SMBUS 19/21 SMBUS (System Management Bus) opracowanie Intela z lat 80-tych Cechy SMBUS: koncepcyjnie zbliżony do I2C; magistrala składa się z linii SMBDAT i SMBCLK; kompatybilny z I2C przy częstotliwości taktowania do 100kHz; określony jest limit czasu wykonania operacji - 25ms; taktowanie może być z przedziału 10kHz-100kHz.
Magistrale komunikacyjne - Microwire 20/21 opracowanie National Semiconductor Cechy magistrali: koncepcyjnie zbliżona do SPI; transmisja synchroniczna, pełnodupleksowa, zgodna z trybem 0 SPI; maksymalna szybkość transmisji 650kb/s; magistrala składa się z linii: SI (wejście), SO (wyjście) i SC (zegar); brak sygnałów wyboru układu podrzędnego. Zastosowania: komunikacja z pamięciami EEPROM, przetwornikami A/C i C/A, specyficzne układy wykorzystywane w torach radiowych, sprzęcie telekomunikacyjnym i urządzeniach audio.
Magistrale komunikacyjne - 1-Wire 21/21 opracowanie Dallas Semiconductor/Maxim Cechy magistrali: jednoprzewodowa magistrala - połączenie zasilania i linii transmisyjnej; transmisja synchroniczna, półdupleksowa; szybkość transmisji 16,3kb/s (tryb standard) i 115,2kb/s (tryb overdrive); ograniczony czas trwania bitu (60s); występują układy master i slave; układy mają unikalne identyfikatory - możliwość adresowania slave-ów. Zastosowania: rodzina układów iButton, mierniki temperatury, pamięci RAM , ROM, EPROM i EEPROM, zegary RTC, przetworniki A/C, interfejsy do innych łączy szeregowych (RSxxx, USB), monitory zasilania, potencjometry cyfrowe.