¿Qué es una interfaz de comunicación? ¿Qué interfaces de comunicación tiene la computadora?
A medida que aumenta la distancia y la velocidad de transmisión de la señal, efectos como la reflexión, la diafonía, la atenuación y el ruido en la línea de transmisión causarán distorsión de la señal, limitando así la distancia de comunicación. Los circuitos TTL ordinarios tienen capacidades de conducción deficientes, baja resistencia de entrada, baja sensibilidad y poca capacidad antiinterferencias, por lo que la distancia de transmisión de la señal es corta. Con la ayuda de circuitos de interfaz, es posible la transmisión de datos a larga distancia.
Según los estándares y protocolos eléctricos, las interfaces de comunicación incluyen RS-232, RS-422, RS485, USB, etc. Los estándares RS-232, RS-422 y RS-485 solo especifican las características eléctricas de la interfaz y no abordan conectores, cables o protocolos. USB es un nuevo estándar de interfaz desarrollado en los últimos años y se utiliza principalmente en el campo de la transmisión de datos de alta velocidad.
Los chips MODEM generalmente cooperan con los puertos serie para realizar la conversión mutua de señales digitales y analógicas, de modo que la comunicación remota se pueda realizar a través de líneas telefónicas o líneas eléctricas.
I. Interfaz de bus serie RS-232/422/485
1. Interfaz de bus serie RS-232
Actualmente, RS-232 es el más utilizado para PC. Interfaz serie ampliamente utilizada en las industrias de informática y comunicaciones. RS-232 se definió como un estándar de un solo extremo para aumentar la distancia de comunicación en comunicaciones serie de baja velocidad. RS-232 utiliza un método de transmisión no balanceado, lo que se denomina comunicación de un solo extremo.
Una señal RS-232 típica oscila entre niveles positivos y negativos. Al enviar datos, el nivel positivo del controlador del transmisor es +5 ~ +5~+15V, y el nivel negativo es -5 ~ -5~-15V. Cuando no hay transmisión de datos, la línea es TTL. Desde el principio hasta el final de la transmisión de datos, el nivel de línea cambia del nivel TTL al nivel RS-232 y nuevamente al nivel TTL. Los niveles de funcionamiento típicos del receptor son +3 ~ +3~+12V y -3 ~ -3~-12V.
RS-232 está diseñado para comunicación punto a punto (es decir, utilizando solo un par de dispositivos transceptores) y su carga de conducción es de 3 ~ 7kΩ. Dado que la diferencia entre el nivel de transmisión y el nivel de recepción de RS-232 es sólo de 2 V a 3 V, su capacidad de supresión del modo *** es pobre. Junto con la capacitancia distribuida en el par trenzado, la distancia máxima de transmisión es de aproximadamente 15 m y la velocidad máxima es de 20 kB/s. Por lo tanto, RS-232 es adecuado para la comunicación entre dispositivos locales. Consulte la Tabla 1 para conocer los parámetros eléctricos.
2. Interfaz de bus serie RS-422
RS-422 está desarrollado a partir de RS-232. Para mejorar las deficiencias de la corta distancia de comunicación y la baja velocidad del RS-232, RS-422 define una interfaz de comunicación balanceada, que aumenta la velocidad de transmisión a 10 Mbit/s y permite conectar hasta 10 receptores en el bus balanceado. RS-422 es una especificación de transmisión equilibrada unidireccional para transmisión en una sola máquina y recepción en varias máquinas.
2.1 Transmisión balanceada
Las señales de datos RS-422 adoptan transmisión diferencial, también llamada transmisión balanceada. Utiliza un par de pares trenzados, uno de los cuales se define como A y el otro como B, como se muestra en la Figura 2.
Por lo general, el nivel positivo entre los controladores de transmisión A y B es +2 ~ +6 V, que es un estado lógico, y el nivel negativo es -2 ~ 6 V, que es otro estado lógico. También hay una señal de tierra C y hay un terminal de "habilitación" en RS-485, que se utiliza para controlar la desconexión y conexión del controlador de transmisión y la línea de transmisión. Cuando el terminal "habilitar" está funcionando, el controlador de envío se encuentra en un estado de alta impedancia, que se denomina "tercer estado", que es un tercer estado diferente del "1" y el "0" lógicos.
El receptor también realiza las provisiones correspondientes al remitente. El extremo receptor y el extremo transmisor están conectados a AA y BB mediante pares trenzados balanceados. Cuando el nivel entre el receptor AB es superior a +200 mV, genera un nivel lógico positivo, y cuando es inferior a -200 mV, genera un nivel lógico negativo. Los niveles de línea equilibrada del receptor suelen oscilar entre 200 milivoltios y 6 V.
2.2 Características Eléctricas RS-422
El nombre completo del estándar RS-422 es "Características Eléctricas de Circuitos de Interfaz Digital de Voltaje Balanceado", que define las características del circuito de interfaz. La Figura 3 es una interfaz típica de cuatro cables RS-422. De hecho, también hay un cable de señal a tierra, cable ***5. Debido a la alta impedancia de entrada utilizada en el extremo receptor, el controlador de transmisión tiene una mayor capacidad de conducción que RS232, por lo que se permite conectar múltiples nodos receptores, hasta 10 nodos, en la misma línea de transmisión. Es decir, un amo y el resto son esclavos. Los esclavos no pueden comunicarse entre sí, por lo que RS-422 admite comunicación bidireccional de uno a muchos. Dado que la interfaz RS-422 de cuatro cables utiliza canales de transmisión y recepción independientes, no hay necesidad de controlar la dirección de los datos. Cualquier intercambio de señal necesario entre dispositivos se puede realizar mediante software (apretón de enlace XON/XOFF) o hardware (un par de independientes). pares trenzados) para cumplir.
La distancia máxima de transmisión de RS-422 es de 4000 pies (aproximadamente 1219 metros) y la velocidad de transmisión máxima es de 10 MB/s. La longitud del par trenzado balanceado es inversamente proporcional a la velocidad de transmisión. cuando la velocidad de transmisión es inferior a 100 kb/s/s se puede alcanzar la distancia de transmisión máxima. La velocidad de transmisión más alta solo se puede obtener en una distancia corta. Normalmente, la velocidad de transmisión máxima que se puede obtener en un par trenzado de 100 m de longitud es de solo 1 mB/s.
RS-422 requiere una resistencia de terminación que sea aproximadamente igual a la impedancia característica del cable de transmisión. No se requiere resistencia terminal para la transmisión a distancia instantánea, es decir, generalmente no se requiere resistencia terminal para distancias de transmisión inferiores a 300 metros. Las resistencias terminales están conectadas al extremo más alejado del cable de transmisión. (Consulte la Tabla 1 para conocer los parámetros eléctricos de RS-422)
3. Interfaz de bus serie RS-485
Para ampliar el ámbito de aplicación, EIA formuló el RS-422. Basado en el estándar RS-422-485, agregando capacidades de comunicación bidireccional multipunto. Generalmente, los transceptores RS-485 se utilizan ampliamente cuando se requiere que la distancia de comunicación sea de decenas de metros a varios kilómetros.
El transceptor RS-485 utiliza transmisión balanceada y recepción diferencial, es decir, en el extremo transmisor, el controlador convierte la señal de nivel TTL en una salida de señal diferencial, en el extremo receptor, el receptor convierte la señal diferencial; al nivel TTL y, por lo tanto, tiene la capacidad de suprimir la interferencia del modo * * *. Además, el receptor es muy sensible y puede detectar voltajes tan bajos como 200 mV, lo que permite la transmisión de datos a miles de metros.
Muchas disposiciones eléctricas del RS-485 son similares al RS-422. Si se utiliza el modo de transmisión balanceado, es necesario conectar una resistencia terminal a la línea de transmisión. RS-485 puede utilizar sistemas de dos y cuatro hilos, y el sistema de dos hilos puede lograr una verdadera comunicación bidireccional multipunto. Cuando se utiliza una conexión de cuatro cables, al igual que RS-422, solo se puede lograr una comunicación de uno a muchos, es decir, solo puede haber un dispositivo maestro y el resto son dispositivos esclavos, pero está mejorado en RS- 422. Ya sea una conexión de cuatro o dos cables, se pueden conectar hasta 32 dispositivos al bus, y el SP485R recientemente lanzado de SIPEX puede admitir hasta 400 nodos.
Los voltajes de salida del modo * * * de RS-485 y RS-422 son diferentes. El voltaje de salida del modo RS-485*** está entre -7 V y +12 V, y el voltaje de salida de RS-422 está entre -7 V y +7 V. La impedancia de entrada mínima del receptor RS-485 es 12 kΩ; 422 es 4kΩ; RS-485 cumple con todas las especificaciones de RS-422, por lo que los controladores RS-485 se pueden utilizar en redes RS-422. Pero el controlador RS-422 no es totalmente adecuado para la red RS-485.
Al igual que RS-422, la velocidad de transmisión máxima de RS-485 es de 10 MB/s. Cuando la velocidad en baudios es de 1200 bps, la distancia de transmisión máxima teórica puede alcanzar los 15 km. La longitud de un par trenzado equilibrado es inversamente proporcional a la velocidad de transmisión. La longitud máxima de cable especificada solo se puede utilizar cuando la velocidad de transmisión es inferior a 100 kb/s.
RS-485 requiere dos resistencias terminales, conectadas en ambos extremos del bus de transmisión, y su valor de resistencia debe ser igual a la impedancia característica del cable de transmisión. No se requiere resistencia de terminación cuando se transmite dentro de una distancia de torque, es decir, generalmente no se requiere resistencia de terminación por debajo de 300 metros (consulte la Tabla 1 para conocer los parámetros eléctricos RS-485).
Tabla 1 Comparación de las características del circuito de interfaz RS-232/422/485
Reglas
RS-232
RS-422
p>RS-485
Modo de operación
Unipolar
Diferencias
Diferencias
Cantidad de nodos
1, 1.
1 enviado 10 recibidos.
1 disparo 32 cargas
Longitud máxima del cable de transmisión
50 pies
400 pies
400 pies
Velocidad de transferencia máxima
20 Kb/seg
10 Mb/seg
10 Mb/seg
Voltaje máximo de salida del variador
+/-25V
-0.25V~+6V
-7V~+12V
Nivel de señal de salida del controlador (carga mínima )
Carga
+/-5V~+/-15V
+/-2.0V
+/-1.5V
Nivel de señal de salida del controlador (máximo sin carga)
Operación sin carga
+/-25 V
+/-6 V
+/-6V
Impedancia de carga del controlador (ω)
3K~7K
100
54
Velocidad de respuesta (máxima)
30 V/μs
No aplicable
No aplicable
Rango de voltaje de entrada del receptor
+/-15V
-10V~+10V
-7V~+12V
Umbral de entrada del receptor
+/-3V
+/-200 mV
+/-200 mV
Resistencia de entrada del receptor (ω)
3K~7K
4K (mínimo)
≥12K
Conductor* * *Modo voltaje
-3V~+3V
-1V~+3V
Receptor* * *Modo voltaje
-7V~+7V
-7V~+12V
2. Interfaz de bus serie universal - USB
USB, el nombre completo de Universal Serial Bus, fue desarrollado por Compaq, IBM y Microsoft a finales de 1994. Fue desarrollado conjuntamente por otros. empresas, pero no fue hasta 1999 que el USB se volvió ampliamente utilizado. Desde el lanzamiento de USB V0.7 en junio de 1994+065438+11 de octubre, la interfaz USB ha experimentado 6 años de desarrollo y ahora USB se ha desarrollado a la versión 2.0.
1. Características del bus USB
1) Alta velocidad de transferencia de datos. La velocidad de transmisión de la interfaz USB estándar es de 12 Mbps y el último USB 2.0 admite una velocidad máxima de 480 Mbps. En comparación con el puerto serie, el puerto USB es aproximadamente 1000 veces más rápido; en comparación con el puerto paralelo, el puerto USB es aproximadamente un 50 % más rápido.
2) Transmisión de datos confiable. El protocolo de control del bus USB requiere tres paquetes de datos para describir el tipo de datos, la dirección de envío, el indicador de terminación y la dirección del dispositivo USB al enviar datos. Los dispositivos USB admiten funciones de depuración de datos y corrección de errores al enviar datos, lo que mejora la confiabilidad de la transmisión de datos.
3) Conecta varios dispositivos USB al mismo tiempo. USB puede conectar varios dispositivos USB simultáneamente en forma de cadena tipo margarita, teóricamente hasta 127.
4) La interfaz USB puede alimentar el dispositivo. El cable USB contiene dos líneas de alimentación y dos líneas de datos. Los dispositivos que consumen menos energía pueden obtener energía directamente a través del puerto USB. Los dispositivos que pueden obtener energía a través del puerto USB se dividen en modo de bajo consumo de energía y modo de alto consumo de energía. El primero puede proporcionar hasta 100 mA y el segundo 500 mA.
5) Admite intercambio en caliente. Cuando están encendidos, los dispositivos se pueden conectar o desconectar de forma segura para un verdadero plug-and-play.
USB también tiene algunas características nuevas, como: tiempo real (puede lograr una comunicación efectiva en tiempo real con un dispositivo), dinámico (puede lograr un cambio dinámico entre interfaces), conjunto (puede combinar diferentes interfaces con características similares), versatilidad (diferentes interfaces pueden utilizar diferentes métodos de suministro de energía).
2. Estructura y aplicaciones típicas de la interfaz USB.
La definición de los pines de la interfaz USB se muestra en la Figura 4. La distancia de transmisión de datos de la interfaz USB no supera los 5 metros. Su aplicación típica se muestra en la Figura 5 a continuación.
Los métodos de transmisión de datos en el bus USB incluyen transmisión de control, transmisión síncrona, transmisión de interrupción y transmisión de datos en bloque. En el sistema que se muestra en la Figura 5, el host USB utiliza diferentes características de transferencia de datos según la velocidad y las características de uso del dispositivo USB externo. Por ejemplo, las propiedades del teclado y el mouse se cambian mediante la transmisión de control, el teclado y el mouse deben ingresar datos mediante la transmisión de interrupción, las propiedades de la pantalla se cambian mediante la transmisión de control y los datos que se mostrarán se envían al Visualización a través de transmisión de datos en bloque.
Actualmente, las interfaces USB se utilizan principalmente para periféricos de ordenador. Los dispositivos periféricos que se pueden conectar a la computadora a través de la interfaz USB incluyen teléfonos, módems, teclados, unidades ópticas, joysticks, unidades de cinta, unidades de disquete, escáneres, impresoras, etc.
En tercer lugar, chips de módem y otros
En términos de distancia de comunicación, a una velocidad de transmisión de 1200 bps, la distancia de transmisión más larga de RS-485 puede alcanzar los 15 km, pero más La distancia requiere el uso de un chip MODEM dedicado para transmitir datos de forma remota a través de líneas telefónicas o líneas eléctricas.
1. Principio de comunicación por módem
Las líneas telefónicas o líneas eléctricas transmiten señales analógicas, los microprocesadores procesan señales digitales y los chips de módem convierten señales digitales en señales analógicas y señales analógicas en señales digitales. conversión. El principio de comunicación remota a través de la línea telefónica del núcleo del módem se muestra en la Figura 6. El módem convierte la señal digital del remitente en una señal de audio analógica y la transmite a través de la red telefónica pública al módem del receptor. La señal de audio analógica recibida por el extremo receptor se convierte en la señal digital correspondiente a través del módem y se transmite al terminal de datos receptor.
2. El modo de funcionamiento del sistema de comunicación moderno
El sistema de comunicación MODEM se divide principalmente en dos modos de trabajo, uno se llama modo de sistema full-duplex y el otro se llama half-. Modo sistema industrial dúplex. Ambos modos se pueden transmitir a través de líneas telefónicas.
a) Modo de comunicación full-duplex de cuatro hilos (dos líneas telefónicas)
El método de aplicación consiste en utilizar dos líneas telefónicas dedicadas, una para envío y otra para respuesta y recepción. Cuelgue simultáneamente.
b) Modo de comunicación semidúplex de dos líneas (una línea telefónica)
El método de aplicación consiste en utilizar una línea telefónica dedicada y solo funciona una dirección en cualquier momento. Cuando un extremo está en estado de envío, el otro extremo debe estar en estado de recepción. Esto limita su aplicación en determinadas zonas.
c) Modo de comunicación full-duplex de dos líneas (una línea telefónica)
El envío y la recepción se transmiten simultáneamente en la misma línea telefónica dedicada, lo cual es más económico que la mitad anterior. -dúplex.
En un sistema de comunicación remota basado en líneas telefónicas, la computadora superior generalmente tiene una función de marcación, y la computadora inferior se puede dividir en dos tipos: función de marcación y sin función de marcación según las necesidades. La función de acceso telefónico generalmente se implementa con la ayuda de un receptor-transmisor asíncrono universal como el 8250 o GM16C550 o un chip de acceso telefónico dedicado como el HT9200A. La siguiente imagen es un sistema de comunicación remota. Tanto la computadora superior como la computadora inferior tienen funciones de marcación. Entre ellos, MSM7512B es un chip de módem de OKI Company y su extremo de señal digital es de nivel TTL.
Los chips MODEM se han utilizado ampliamente en comunicaciones remotas, control remoto y otras ocasiones.
3 Otros circuitos de interfaz nuevos
① IEEE 1394
La interfaz IEE1394 es adecuada para la transmisión de datos de video, admite conexión en caliente de periféricos y transmisión de datos síncrona, y puede Los dispositivos periféricos proporcionan energía. Apple lo llama FireWire, Sony lo llama i.Link y Texas Instruments lo llama Lynx). Actualmente se utiliza principalmente en ordenadores y equipos periféricos.
②Chip de Internet
Con el advenimiento de la era de Internet, también han aparecido circuitos integrados de comunicación relacionados basados en Internet. Por ejemplo, la serie de productos webchip puede realizar fácilmente comunicación y control remotos basados en Internet. Su principio de aplicación se muestra en la Figura 8.
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