Интегрированные прикладные системы

Им. Р. Е. Алексеева

Кафедра «Ядерные реакторы и энергетические установки»

 

 

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по дисциплине: «Интегрированные прикладные системы»

 

Н.Новгород, 2018 г.
Содержание

1 Интегрированные прикладные системы                                                                              3

2 Методы передачи сигналов и защита от помех                                                      3

15.1 Виды помех                                                                                                                         3

15.2 Методы передачи сигналов                                                                                      6

3 Стандарт NAMUR                                                                                                         10

4 Гальваническая развязка                                                                                                11

5 Интерфейсы                                                                                                                    14

18.1  Параллельный интерфейс                                                                                      14

18.2  Последовательный                                                                                                        16

18.3  Промышленный интерфейс                                                                                              20

22 Протоколы обмена данными                                                                                    22

19.1 Полезность ASCII-кода                                                                                                23

19.2 Категории команд                                                                                                         24

19.3 Примеры протоколов                                                                                                        25

23 Режимы работы вычислительных систем                                                                    28

24 Методы программирования вычислительных устройств                                        31

21.1 Классификация ПО                                                                                                       31

21.2 Классификация языков программирования                                                               31

25 Виртуальные приборы                                                                                                            32

26 Микроконтроллеры                                                                                                       34

27 Структура и основные принципы работы сети Интернет                                       36

27.1 Адресация в сети интернет                                                                            38

27.2 IP-адресация                                                                                                     39

27.3 Понятие маски подсети                                                                                   40

27.4 Доменные имена                                                                                              41

27.5 Как работают серверы DNS                                                                            42

28 Универсальная последовательная шина                                                                      43

                                                                 

Интегрированные прикладные системы

Система (от древнегреч. - σύστημα) определяется как целое, состоящее из частей.

Система – множество элементов, находящихся в связи друг с другом, образующее некое единство. Прикладные системы – системы, направленные на решение практических задач. Интегрированные системы – объединённые.

Таким образом, интегрированные прикладные системы – это системы, объединяющие в единое целое и наиболее часто используемые в деятельности человека вычислительные средства - программный аппаратный комплекс.

 

Объединенная блок-схема современной производственной системы.

 

Вычислительное устройство – устройство, выполняющее арифметические и логические операции по заданной программе.

[Арифметические операции – это то, что выполняется на калькуляторе]

Арифметические операции отличаются от логических.

Бит – комбинация информации (0 или 1), т.е. минимальная единица информации.

Логические операции выполняются по битам:

«0» - уровень, близкий к нулю питания;

«1» - уровень, близкий к напряжению питания.

1 Байт = 8 бит.

…..

1 1 1 1 ….. 1

A   0 1 0 1

B    0 0 1 1

A¦B 0 1 1 1 – логическое сложение

A&B 0 0 0 1 – логическое умножение

A~B 1 0 0 1 – исключающее или

   1 0 1 0- инверсия

 1 1 0 0

Методы передачи сигналов и защита от помех

Виды помех

Существуют два вида глобальных помех:

1) электромагнитная наводка – возникает, когда сигнальный провод расположен вблизи силовых кабелей, либо вблизи мощного источника электромагнитных излучений (двигатель, электромагнитное устройство), также эти помехи возникают тогда, когда существует разность потенциалов между источником сигнала и компьютером (системой контроля).

Характерная особенность наводки – она присутствует постоянно и имеет частоту сети 50 Гц. Наводка возникает в случае высокого выходного и входного сопротивления сигнальной сети.

Во избежание данной ситуации стремятся выходное сопротивление свести к нулю, а входное сопротивление всегда стараются делать большим (~10⁶Ом). В данной схеме присутствует нулевой провод. Если между нулём датчика и нулём персонального компьютера существует разность потенциалов, то возникает наводка.

Iн – ток, который приводит к наводке.

 =  +

Из-за более длинного провода заземления ПК (по сравнению с естественным заземлением оборудования) возникает разность потенциалов , следовательно, возникает циркуляционный ток ( несколько В). Циркулирующий по цепи ток, возникающий из-за разности потенциалов на датчике и потенциала на корпусе компьютера, также вызывает наводку. Наводки могут быть вызваны как внешними факторами, так и внутренними.

Методы борьбы:

- гальванически изолировать нулевой провод датчика от корпуса (разорвать провод соединяющий 0 и землю), также, нужно располагать отдельно силовые и сигнальные провода;

- использовать карту ввода данных с гальванической развязкой (АЦП).

Смысл всех методов – разрыв цепи, по которой идёт ток.

2) импульсные помехи – возникают кратковременно из-за:

- включения / выключения силового оборудования, имеющего реактивную нагрузку (ёмкостная или индуктивная нагрузка, например, двигатель). В отличие от наводки помеха не присутствует постоянно, к тому же имеет высокую частоту, спектр ВЧ;

- импульсные блоки питания (БП) (в том числе ПК)

Другим источником импульсных помех является блок питания (БП).

Импульсный БП создает электромагнитные помехи на сетевых проводах с частотой, на которой он работает (10-100 кГц). Первичная обмотка трансформатора является индуктивной нагрузкой. Трансформатор является ключом.

Чтобы избежать попадания помех от преобразователя в сеть, любой БП снабжается фильтром. Фильтр имеет в себе две последовательно-соединенных конденсатора. Точка соединения этих конденсаторов выведена на корпус и на заземление.

Величина электромагнитной помехи зависит прямо пропорционально от мощности.

- высокочастотное электронное оборудование или оборудование, работающее по радиоканалам (например, мобильный телефон).

Импульсные помехи носят внешний характер (пути распространения помех: цепи питания, эфир).

15.2 Методы передачи сигналов

Методы передачи сигналов:

- передача напряжения;

- передача тока.

Стандарт Namur

 

 

Стандарт, использующий исключительно двухпроводную схему подключения, в которой величина измеряемых токов находится в диапазоне РТ 1 до 6,5 мА. Если ток меньше 0,2 мА, то происходит обрыв линии. При токе более 6,5 мА – короткое замыкание линии. Стандарт применяется в химической, нефтеперерабатывающей и газовой промышленностях, использующих особовзрывоопасные среды (например, жидкий водород). Стандарт разбивает интервал токов потребления на диапазоны:

Стандарт позволяет контролировать целостность линии, короткое замыкание в линии и рабочий диапазон в работе датчика.

Особенность:

1. Напряжение питания равно 8,2 В;

2. Высокое входное сопротивление равно 1 кОм.

Датчик (Д) подключается к измерительной аппаратуре через устройство – БИЗ (барьер искрозащиты). БИЗ – устройство, исключающее попадание цепи в искроопасный диапазон:

- максимально допустимое напряжение;

- максимально допустимый ток.

Искра возникает от определённой энергии сигнала. При U=9 В или I=6,5 мА искра не может возникнуть, поэтому выбраны данные значения.

БИЗ используется и для стандарта (4÷20) мА:

U<26 В;

I<30 мА; – для различных сред различные параметры

…40 мА     (зависит от энергии вспышки среды)

Гальваническая развязка

Гальваническая развязка - передача энергии или сигнала между электрическими цепями без электрического контакта между ними. Гальванические развязки используются для передачи сигналов в цепях для исключения протекания сквозных токов, для бесконтактного управления и для защиты оборудования от воздействия больших разностей потенциалов и для защиты людей (в медицине) от поражения электрическим током.

 

 

Реализация гальванической развязки:

1) с использованием трансформаторов (электромагнитный метод)

Трансформаторы используются для гальванической развязки, а иногда – в электрических схемах.

Характеристики трансформатора:

- коэффициент трансформации К_тр: К_тр=U_вых/U_вх; для передачи сигналов К_тр должен быть равен единице;

- напряжение пробоя U_проб – напряжение, при котором гарантируется отсутствие пробоя между первичной и вторичной обмотками; U_проб =(1500÷4500) В;

- рабочая частота f_раб (f_раб обычно имеет узкий диапазон).

Трансформатор передаёт переменные сигналы в определённом диапазоне частот. Однако трансформатор не обеспечивает передачу постоянного напряжения. Различают сетевые и импульсные трансформаторы. В современных АС/DC преобразователях – блоках питания используются импульсные трансформаторы с частотой преобразования 10-100 кГц. АС/DC преобразователи используются для преобразования одного постоянного напряжения в другое, гальванически развязанного от первого. Диапазон частот для сетевых трансформаторов равен (50÷100) Гц. Дифференциальные трансформаторы используются в схемах датчиков, работающих в условиях высокого уровня радиационного излучения (в то время как полупроводниковые быстро выходят из строя).

Гальваническая изоляция позволяет решить следующие проблемы:

· исключает появление паразитных токов по шине земли, вызванных разностью потенциалов отдалённых друг от друга земель, и тем самым снижает индуктивные наводки, вызванные этими токами;

· уменьшает практически до нуля напряжение синфазной помехи на входе дифференциального приёмника аналогового сигнала;

· защищает входные и выходные цепи модулей ввода и вывода от пробоя большим синфазным напряжением;

· в медицинском оборудовании для защиты пациента от воздействия электронного оборудования.

Без использования развязки предельный ток, протекающий между цепями, ограничен только электрическими сопротивлениями, которые обычно относительно малы. В результате возможно протекание выравнивающих токов и других токов, способных повреждать компоненты цепи или поражать людей, прикасающихся к оборудованию, имеющему электрический контакт с цепью. Прибор, обеспечивающий развязку, искусственно ограничивает передачу энергии из одной цепи в другую. В качестве такого прибора может использоваться трансформатор или оптрон. В обоих случаях цепи оказываются электрически разделёнными, но между ними возможна передача энергии или сигналов.

Для осуществления гальванической развязки необходимо выполнить подачу энергии в изолированную часть цепи и обмен с ней сигналами. Подача энергии выполняется с помощью развязывающего трансформатора (в DC-DC или AC-DC преобразователях) или с помощью автономных источников питания: гальванических батарей и аккумуляторов. Передача сигнала осуществляется через оптроны и трансформаторы, элементы с магнитной связью, конденсаторы или оптоволокно.

2) оптический метод

Оптическая гальваническая развязка применяется для передачи логических сигналов.

где cв. D – светодиод; фото D – фото диод.

Подаётся единица  замыкается ключ  в левой цепи появляется ток  включается светодиод (для оптической гальванической развязки светодиоды инфракрасного диапазона)  под воздействием излучения от светодиода открывается фотодиод  появляется ток во второй цепи  на огранич. Резисторе возникает потенциал, который усиливается до уровня логической единицы. Если же на вход попадает «0», то на выходе также «0».

Следует заметить, что светодиод и фотодиод «разгараются» не сразу, поэтому возникает время задержки. Задержка включения/выключения t_{задержки}~100 нс. Время задержки ограничивает скорость передачи данных по интерфейсу (~10 МГц).

Недостаток оптического метода заключается в том, что система не предназначена для передачи сигналов с постоянным напряжением. Для передачи аналоговых сигналов (включая постоянные) используют гальваническую развязку с импульсным трансформатором, либо емкостную гальваническую развязку. Недостатком является ограничение частоты передачи частотой 1 МГц.

Схема АЦП с гальванической развязкой

3) волоконно-оптический метод

Схема аналогична схеме, соответствующей оптическому методу, но межу светодиодом и фотодиодом устанавливается оптоволокно.

4) радиочастотный метод

Устройство состоит из двух элементов: прибор и приёмник (база), причём к приёмнику может подключаться несколько устройств.

Особенность метода:

- стандарт: 886 кГц; 2,4 ГГц;

- передача цифровых сигналов.

 

 

Интерфейсы

Интерфейс – это устройство, позволяющее производить обмен данными между источником и приемником, т.е. это связь между двумя устройствами или пользователями.

Виды интерфейсов:

1) пользовательский интерфейс – система взаимодействия человека с программой;

2) электронный интерфейс – система обмена данными между электронными устройствами (между источником и приёмником электронных устройств).

Электронные интерфейсы подразделяются на:

- параллельный электронный интерфейс;

- последовательный электронный интерфейс.

Параллельный интерфейс

 Параллельный электронный интерфейс – n – разрядная шина, по которой параллельно передаются данные между электронными устройствами:

- с шиной адреса;

- без шины адреса (с одной шиной данных).

С шиной адреса интерфейсы внутри ВУ:

1) внутренний интерфейс ПК (интерфейс на системной плате);

2) интерфейс ПК со слотами внешних устройств (AGP – для видеокарты; PCI – универсальный, современный; ISA – устаревший);

3) интерфейсы для подключения схем расширения ПК (карта ввода/вывода данных, внешняя по отношению к материнской плате звуковая карта), карты промышленных интерфейсов RS-485, RS-482.

Интерфейс cetronics позволял подключать одно устройство (что является недостатком) и производить полноценный обмен данными в обоих направлениях.

Характеристики интерфейсов:

- число разрядов n (min=8; max=16/32);

- дальность и скорость передачи данных.

Скорость и длина интерфейсов ограничена условием взаимного влияния линий на соседние проводники.

Рассмотрим PCI-интерфейс – 16-разрядная ШД; 24-разрядная ША; сигналы ШУ (импульсы чтения/записи, запросы прямого доступа к памяти, запросы прерывания и прочие сигналы).

Каждому устройству, установленному в слот ПК выделяются определенные ресурсы:

- адресное пространство;

- вектора прерывания;

- номера каналов прямого доступа к памяти (в некоторых случаях).

Современные интерфейсы настраиваются через BIOS по системе PnP (“Plug” n “Play”). Cetronics имеет источник.

где И – источник;

Пр – приемник;

RD/WR – сигнал чтения/записи;

D₀, D₁, … D_n-1 – шина данных.

Допустим, данные вводятся в ВУ из АЦП, тогда АЦП – источник, ВУ – приемник. Сигнал CS выбирается при совпадении адреса на ША, установленного процесса и адреса присвоенного порту или устройству, с которым происходит обмен данными. Устройства, адреса которых не совпадают с адресом устройств на ША, находятся в нейтральном состоянии («отдыхают»). Данные устанавливаются на ШД одновременно.

Данные маркируются по разрядам. В каждый разряд можно записать либо 0, либо 1. Номер разряда соответствует его весу. При объединении 4-х разрядов в 1-н знак, получим младший и старший разряд. Для того, что бы записать в разряд число, нужно сложить значение старшего и младшего разряда.

DN │ 0/1	D6 │ 0/1	D5 │ 0/1	D4 │ 0/1	D3 │ 0/1	D2 │ 0/1	D1 │ 0/1	D0 │ 0/1	dex	hex
2^N-1	2^6	2^5	2^4	2^3	2^2	2^1	2^0
…	…	32	16	8	4	2	1
Старший разряд				Младший разряд

Многоуровневый параллельный интерфейс

а – количество разрядов адреса.

Схема основана на иерархичной структуре: мастер – «ведущий», все остальные «ведомые» (slave). Дешифратор адреса (дешифратор устройства) управляется мастером, определяет необходимое устройство. Смысл иерархии: определение мастером, с каким из «ведомых» устройств он будет производить обмен данными.

Рассмотрим более подробно. Обмен происходит между источником и каким-нибудь одним приемником. Источник устанавливает на ША – адрес приемника, с которым будет производиться обмен данными. Дешифратор адреса преобразует код на входе в один из сигналов на выходе, соответствующий коду на входе. На выходе дешифратора адреса активный сигнал присутствует только в одном из его выводов, что исключает конкуренцию при обмене данных.

Достоинство параллельного интерфейса: высокая скорость передачи информации (до 400 МБ/с; во внутренней памяти n ГБ/с). Недостаток – низкая дальность передачи данных (ограничивается размером материнской платы и размером кристалла процессора); любой параллельный интерфейс расположен внутри процессора. Длина линии связи в интерфейсах cetronics (1,5÷3,5) м.

Параллельные интерфейсы используются для обмена данными внутри ПК и внешним устройством, находящихся на небольшом расстоянии (LPT ~ 3м). Если скорость обмена данными между процессором и внешним устройством не соответствует скорости, на которой работает процессор, используют буферизацию.

Буфер – это память, которая может обмениваться данными на скорости, соответствующей скорости внешнего устройства (заполнение буфера) и впоследствии обмениваться данными между буфером и процессором на скорости процессора. Пример буферов: КЭШ память, буферная память в составе устройств ввода/вывода данных (платы с АЦП, видеокарты).

 

Последовательный интерфейс

Информация передается последовательно по одной линии данных последовательно бит за битом, что уменьшает скорость передачи, но увеличивает дальность передаваемых данных. На передачу одного бита информации затрачивается одинаковый интервал времени ∆t = const. 

 

Классификация последовательных интерфейсов:

1) синхронные;

2) асинхронные

2.1) дуплексные;

2.2) полудуплексные.

1) Синхронные интерфейсы – последовательные интерфейсы, в которых передаваемые биты данных тактируются дополнительными импульсами.

Синхронность – передача данных тактируется специальной линией тактовых импульсов. Синхронные интерфейсы используются для обмена данными внутри вычислительных систем, например, между микроконтроллером и внешним устройством (ЦАП, внешнее EEPROM, датчики температуры, давления и т.д.).

Достоинство синхронного интерфейса – высокая надёжность в передаче данных; недостаток – необходим дополнительный провод для передачи тактовых импульсов.

Интерфейс SPI

Схема реализации интерфейса SPI в ВУ на базе МК представлена ниже.

где MISO – input;

MOSI – output;

CLK – clock (линия тактирования).

Источник передаёт сигналы всем приёмникам по MOSI.

Существует разновидность интерфейса SPI: ISP. ISP – разновидность SPI, по которому записываются программы из ПК в микроконтроллер, в нём обязательно присутствует сигнал RESET. МК переходит в режим программирования по сигналу RESET (когда программатор устанавливает «0»).

Дуплексный интерфейс – последовательный интерфейс, в котором присутствует две линии связи, первая от мастера (ведущего) к ведомому, вторая линия от ведомого к ведущему (передача данных одновременно в обе стороны).

Полудуплексные интерфейсы – последовательные интерфейсы, в которых передача данных – от ведущего к ведомому и обратно осуществляется по одной линии связи, но в разное время (передача данных только в одном направлении).

SPI – полудуплексный интерфейс, т.к. тактирование идёт только в одну сторону.

 

Передача данных по последовательному интерфейсу.

Достоинства:

- возможность передачи данных на большие расстояния;

- простота реализации;

- повышенная помехоустойчивость;

- дешевизна.

Недостаток:

- более низкая по сравнению с параллельным интерфейсом скорость передачи данных.

Запись бита данных происходит по фронту тактового импульса. Тактовый импульс генерирует только источник (мастер). При них передача данных синхронизируется тактовыми импульсами – кликами (CLK). Запись данных в приемник производится по переднему фронту тактового импульса. Если обмен производится между интерфейсом и несколькими приемниками добавляется дешифратор адреса (DA), аналогично параллельному интерфейсу, и сигнал «кристалл селект» – CS.К этим интерфейсам относится SPI. Недостаток – необходимо минимум две линии для передачи данных. Каждое устройство имеет сигнал CS. Формирование сигнала CS осуществляется дешифратором устройства (ДУ) по записанному в него коду номера устройства.

 

2) Асинхронные интерфейсы – последовательные интерфейсы передачи данных по одной линии, на передачу каждого бита данных в которых отводятся строго одинаковые интервалы времени. Асинхронный интерфейс появился раньше синхронного. В асинхронном интерфейсе обязательно присутствуют синхронизирующие биты: стартовый и стоповые. Рассмотрим логическую схему передачи данных по асинхронному интерфейсу.

Передний фронт стартового бита синхронизирует приёмник на передачу сигнала. Приёмник начинает записывать состояние линии через:  – приём 1ого бита приёмником;  – далее через аналогичные (одинаковые) интервалы времени.

За стартовым битом идут информационные биты (биты данных). Количество битов данных лежит в диапазоне от 5 (для телеграфа) до 8 (в современных системах = 1 байт, но можно настроить и на меньшее количество). Далее – бит проверки на чётность, использующийся для проверки достоверности передачи данных. Этот бит устанавливается в «1», если количество единиц в передаваемом информационном байте = 2n+1, n Этот быт не всегда может присутствовать. Для увеличения скорости передачи данных, если проверка достовернгости неважна или проводится способом проверки контрольных сумм (в зависимости от протокола передачи) этот бит може отсутствовать. Далее – стоповые биты – интервал времени, в течение которого запрещена передача следующего байта (временной разделитель между последующей посылкой передачи данных).

Протокол передачи данных – соглашение о скорости передачи данных в формате передаваемых данных (ASCII-код), использовании бита четности и количестве стоповых бит. В зависимости от протокола количество стоповых битов может быть равно 1 (минимум); 1,5 (редко), 2 (обычно), следовательно, для передачи 8 бит нужно добавить минимум 2 бита – стоповый и стартовый.

Первая реализация последовательного интерфейса – телеграф. В последовательных интерфейсах скорость передачи данных измеряется в бодах [бод]. (1 бод = 1 бит/с). Стандартный ряд скорости передачи информации для асинхронных интерфейсов, бод: 1200; 2400; 4800; 9600; ……. 19200; 38400; ……… 115200; 500000. При увеличении длины линии связи скорость нужно уменьшить (из-за возможного возникновения дополнительных помех). Пример реализации такого интерфейса – RS-232 – промышленный асинхронный дуплексный интерфейс.

Длина передачи лежит в диапазоне от 1 до сотен метров. На базе RS-232 в ПК - COM-порт. RS-232 может соединять между собой только 2 устройства, так как линия T_xD находится под потенциалом (если же подключить параллельно – возникнет конкуренция сигналов). Если COM-порт в ПК отсутствует, то:

- установка специальных PCI платы расширения с COM-портами;

- использование адаптера USB-COM.

Недостаток адаптера USB-COM состоит в том, что COM-порт ПК передаёт потенциал от +12 В до -12В, адаптер – от 0 до 5В. Для подключения ПК к I-net сначала использовали модемы со скоростью ~ 56 кбод. COM-порт модема имеет дополнительные сигналы, обеспечивающие дополнительную синхронизацию работы ПК и модема. Они остались в COM-порту (запрос готовности – подтверждение готовности, запрос готовности ПК и др.). Используется пакетная передача данных.

 

Типы реализации кабелей:

1. коммутационный кабель R_x, T_x, 0, с обеих сторон которого розетки (в компьютере вилка);

2. нуль-модемный кабель (удлинитель, в котором передаётся всё, кроме R_x, T_x, служебные сигналы работы модема), с одной стороны которого вилка, а с другой – розетка.

К асинхронным последовательным интерфейсам можно отнести USB: он также может соединять только 2 устройства; скорость передачи данных  5 Мбит/с (USB 2.0). Из-за высокой скорости длина линии связи очень низкая (~1 м).

 

Промышленные интерфейсы

Промышленные интерфейсы позволяют увеличить длину линии связи (передачи данных).

1) Интерфейс RS-485

RS-485 – это последовательный асинхронный полудуплексный интерфейс. Для увеличения помехоустойчивости передачи данных используется дифференциальная линия связи. Интерфейс позволяет параллельно подключить до 32 устройств. Длина линии связи может достигать 1200м.

Для предотвращения/устранения волновых эффектов на концах длинной линии связи обязательно должны быть установлены терминальные резисторы (Rт) номиналом 120 Ом. Если линия связи короткая – допускается отсутствие терминальных резисторов. Формат передачи данных по интерфейсу RS-485 такой же как у RS-232.

Для подключения устройств к RS-485, не имеющих специальные м/схемы дифференциальной передачи данных, существуют варианты преобразователей сигнала:

- специальная плата, устанавливаемая в PCI вход (слот):

 

- USB – RS-485;

 

 

- преобразователь RS-232-485

Большинство преобразователей имеют гальваническую развязку. Т.к. промышленные интерфейсы рассчитаны на передачу данных ка километры, но большинство преобразователей имеют линию защиты от перенапряжения, вызванного попаданием в фазы, воздействием электростатических разрядов, бросками напряжения, ударом молнии (газовый разрядник при U>600 В).

Линии защиты:

- защитные диоды (U>7 В);

- защитные преобразователи (резко увеличивается R при увеличении U);

- газовый разрядник (U>600 В).

2) Интерфейс RS-422

Интерфейс RS-422 последовательный асинхронный дуплексный интерфейс. Так же, как и в RS-485, имеет 2 линии R_x и T_x, RS-422 – промышленный аналог RS-232. Аналогично RS-485 в RS-422 передача данных осуществляется по дифференциальной линии связи.

Одно из устройств должно быть «мастером», другое – «slaves».

 

 

Протоколы обмена данными

 

 

Протокол обмена – соглашение о формате передаваемых данных (количество бит данных, наличие/отсутствие проверки битов на четность, количество стоковых бит и скорости обмена), а также командах и действиях устройства на ту или иную команду (формат ответов ведомого), например, по одной команде запрашивается 1 байт данных, по другой команде запрашивается несколько байт данных, количество которых указывается после номера команды. Также в протоколе обмена оговаривается кодировка передаваемых данных (наиболее часто используется ASCII-код, реже - любой другой код). В протоколе оговаривается наличие/отсутствие и формат контрольной суммы.

Существует две категории систем:

1. иерархические;

2. неиерархические

Иерархическая – система, в которой существует одно устройство, которое выполняет функции мастера (ведущего). Это устройство является инициатором обмена данными со всеми остальными устройствами, т.е. последовательно опрашивает все подключенные к линиям связи устройства. При этом каждое ведомое устройство (SLAVE (раб)) имеет свой индивидуальный номер (идентификатор – аналог адреса в параллельном интерфейсе). Таким образом, обмен данными осуществляется только с одним выбранным мастером-устройством и исключается конкуренция.

Для иерархичных систем протокол идентификационного обмена начинается с номера устройства, далее следует команда, затем данные (если команда передаёт данные), далее – контрольная сумма (если она предусмотрена в протоколе), затем может следовать финализатор обмена (также если он предусмотрен в протоколе).

Финализатор – специальный ASCII-код, который сигнализирует об окончании передаваемых данных.

Контрольная сумма – сумма номера, датчика команды и данных по определённой методе. Она необходима, т.к. передающее устройство также считает сумму номера устройства, команды и передаваемых данных по тому же методу и сравнивает посчитанную им контрольную сумму с контрольной суммой, полученной от передаваемого устройства. Если значения совпадают, то данные получены верно, если нет, то в соответствии с протоколом устройство передаёт код ошибки (несовпадение контрольной суммы), в ответ на который передающее устройство должно повторить посылку. Таким образом, контрольная сумма необходима для проверки достоверности и увеличения надёжности передаваемых данных.

Мастер передаёт данные, после окончания передачи мастер в течение оговоренного в протоколе времени ожидания ждёт ответа устройства t_ож. Время ожидания выбирается больше, чем требуется времени на ответ устройства. Пусть первое устройство ответило, тогда не дожидаясь времени ожидания мастер может обратиться ко второму устройству. Предположим, что второе устройство не ответило, тогда М2 повторяет снова, пусть оно выключено и не отвечает. Число обращений к устройству определено протоколом, если реально оно больше, чем в протоколе, то система принимает решение о неработоспособности второго устройства и переходит к запросу третьего устройства. Так циклически опрашиваются все n устройств.

 

Полезность ASCII -кода

ASCII-код имеет уникальную кодировку на каждый символ.

hex ASCII 0 30h 1 31h 2 32h … … 9 39h A 46h B 47h … …

 

 

<

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

A

B

C

D

E

F

0

…

…

0

@

P

`

p

А

Р

а

р

Ё

1

…

…

!

1

A

Q

a

q

Б

С

б

с

ё

2

…

…

‘‘

2

B

R

b

r

В

Т

в

т

Є

3

…

…

#

3

C

S

c

s

Г

У

г

у

є

4

…