Magistrale szeregowe.

Prezentacja na temat: "Magistrale szeregowe."— Zapis prezentacji:

1 Magistrale szeregowe

2 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

3 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 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.

4 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 D D D D D D D D A

5 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

6 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 D E S D7 D6 D5 slave A

7 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 D D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 A jest potwierdzenie od master S D7 D6 D5 brak potwierdzenia od master

8 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.

9 Magistrale komunikacyjne - I2C 9/21
Typowe protokoły transmisji: 1. master  slave S slave adres A adres wewn. slave A bajt danych A X slave master x N + R/W 2. slave  master S slave adres A bajt danych A bajt danych X slave master N + R/W x (N-1)

10 Magistrale komunikacyjne - I2C 10/21
Przykładowa gałąź magistrali I2C:

11 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.

12 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).

13 Magistrale komunikacyjne - D2BUS 13/21
Przykład wykorzystania D2BUS:

14 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.

15 Magistrale komunikacyjne - CAN 15/21
Gałąź CAN: Standardowa ramka danych CAN:

16 Magistrale komunikacyjne - CAN 16/21
Zastosowania: technika motoryzacyjna (wtrysk paliwa, ABS, poduszki powietrzne, systemy oświetlenia, klimatyzacja, zabezpieczenia), technika lotnicza, roboty przemysłowe, sterowniki przemysłowe (Siemens). J 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

17 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.

18 Magistrale komunikacyjne - SPI 18/21
Przykład magistrali SPI: Przykład ramki komunikacji z pamięcią EEPROM:

19 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.

20 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.

21 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 (60s); 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.