Стандартные последовательные интерфейсы
Наиболее распространенный вид связи между различными системами – это последовательный обмен. В этом случае байт данных передается по единственному проводу бит за битом с обеспечением синхронизации между приемником и источником данных. Очевидное преимущество – небольшое количество линий связи и простота организации синхронизации передачи.
Рис.4.15. Организация интерфейса RS232C для микроконтроллера
Различают асинхронный и синхронный последовательный обмен. Асинхронная передача, при которой байт данных посылается как пакет, включающий информацию о начале и конце передачи, а также информацию для контроля ошибок, используется, в основном, для передачи на значительное расстояние. При реализации синхронного обмена вместе с данными посылается синхросигнал, который используется приемником для стробирования данных. Синхронная передача используется, в основном, для внутриплатного и межплатного обмена информацией. Организация последовательного обмена требует больших аппаратных и программных затрат по сравнению с параллельным обменом, поэтому в микропроцессорных системах он реализуется при помощи специальных программируемых связных адаптеров (программируемых контроллеров). Большинство современных контроллеров имеют встроенные контроллеры последовательного асинхронного/синхронного обмена. Вследствие этого, организация передачи информации по последовательному каналу сводится к использованию специальных схем, преобразующих уровни сигналов на входах микроконтроллера к уровням стандартных интерфейсов.
Наиболее популярными асинхронными интерфейсами являются RS-232C и RS-485. RS-232Cиспользуется для связи с компьютером и для передачи на расстояние до 15 метров без использования модема. Для преобразования ТТЛ уровней сигнала микроконтроллера в уровень интерфейса RS-232C (-12В…-3В – логическая единица, +3В…+12В – логический ноль) используются специальные микросхемы, например MAX232, AD232[19, 31]. На рис.4.15 показана организация интерфейса RS-232C на микросхеме ADM202 (DD3) для связи пульта оператора с внешними устройствами.
Интерфейс RS-485 в настоящее время фактически является стандартом асинхронной связи для промышленных систем. Он позволяет передавать информацию на расстояние до 1200м со скоростью до 1Мбит/с, что является следствием использования дифференциального принципа передачи сигнала. Для преобразования ТТЛ уровней сигнала в дифференциальный сигнал интерфейса RS-485 используются такие преобразователи, как МАХ485, AD485 и др. Отличительной чертой интерфейса RS-485, в отличие от RS-232C, является то, что он относится к магистральным интерфейсам, т.е. позволяет подключать к линии несколько устройств, например, до 30. Применение магистральных интерфейсов позволяет организовывать микроконтроллерные "сети". На рис.4.16 приведен пример организации интерфейса на микросхеме МАХ1487, позволяющей организовать полудуплексный (поочередный) обмен данными, который обычно реализуется по схеме "master-slave". ЛинииRO(принимаемые данные),DE(разрешение передачи),DI(передаваемые данные) подключаются к микроконтроллеру, а сигналыA,B– дифференциальные сигналы интерфейса.
Что касается синхронных интерфейсов, то наиболее популярными среди них для организации радиального обмена являются Microwire и SPI [13] (на рис.4.12 можно видеть пример подключения по аналогичному интерфейсу микросхем АЦП и ЦАП), а для магистрального обмена – I2C [59], LAN иMicroLAN[13].
Рис.4.16. Драйвер интерфейса RS485