Реферат интерфейс rs 485

Обновлено: 02.07.2024

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

К ЗАЩИТЕ ДОПУСТИТЬ

ПРИМЕНЕНИЕ МПК В СИСТЕМАХ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

Пояснительная записка к курсовой работе

на курсовую работу по дисциплине

1 Тема проекта: Применение МПК в системах передачи информации.

2 Исходные данные: RS-485, MAX1480, MCS-51, ModBus

Изучение задания, сбор

информации по теме.

Разработка принципиальной схемы

Разработка программных алгоритмов

Создание интерфейса и формирование управляющих сигналов

Защита курсового проекта

Курсовая работа содержит 39 страниц, 19 рисунков, 7 источников.

Передача данных, микропроцессор, линия связи, протокол, драйвер.

Объектом разработки является система передачи данных на основе интерфейса RS-485 по протоколу ModBus.

Пояснительная записка выполнена в программе Microsoft Word 2003.

Схемы выполнены в программе Microsoft Visio 2007.

1 Основные понятия о передаче данных 6

2 Интерфейс RS-485 9

2.1 Основные понятия и определения: 9

2.2 Характеристики интерфейса стандарта RS-485: 9

2.3 Согласование линии с передатчиком и приемником. 11

2.4 Технические характеристики интерфейса: 13

2.5 Принцип работы RS-485: 14

2.6 Характеристики линии связи: 15

3 Протокол Modbus 17

3.1 Протокол данных Modbus RTU: 17

3.2 Адресация данных в протоколе Modbus RTU 18

3.3 Контроль ошибок в протоколе Modbus RTU 18

3.4 Типы данных и стандартные коды функций протокола Modbus 19

3.5 Стандартные команды протокола Modbus 19

4 Микросхемы приемопередатчиков фирмы MAXIM 21

4.1 Драйвер MAX1480 24

5 Микроконтроллер MCS-51 28

5.1 Структурная организация микроконтроллера i8051 28

5.1.1 Общие характеристики. 28

5.1.2 Функциональная схема микроконтроллера семейства 8051 28

5.1.3 Арифметико-логическое устройство 28

5.1.4 Назначение выводов микроконтроллера 8051 30

5.1.5 Организация портов ввода вывода микроконтроллера 8051 31

5.1.6 Устройство портов 32

5.1.7 Особенности электрических характеристик портов. 33

5.1.8 Последовательный порт микроконтроллера 8051. 33

5.1.9 Регистр управления/статуса приемопередатчика SCON. 34

5.1.10 Скорость приема/передачи информации через последовательный порт. 35

6 Вывод управляющих сигналов из МК 36

6.1.1 Формирование статических сигналов 36

6.1.2 Формирование импульсных сигналов 36

6.1.3 Генерация периодического управляющего воздействия (меандра) 36

6.1.4 Формирование апериодического управляющего сигнала 37

Каждое из трех предшествующих столетий ознаменовалось появлением какой-то технологии, развитие которой определяло прогресс в этом столетии. 18 век – механические системы, 19 – паровые машины, 20 - технологии сбора, передачи, обработки и хранения информации.

Сейчас сложно представить себе жизнь без систем передачи данных. Они задействованы абсолютно во всех сферах жизни современного человека. Особенно важно их применение в промышленности, для обеспечения автоматизированных технологических процессов.

В данной работе рассмотрены основные понятия о проводной передаче данных, а также приведены: пример системы обмена информацией между двумя контроллерами, описания элементов системы и код программы для ее работы.

Основные понятия о передаче данных

Передача данных (обмен данными, цифровая передача, цифровая связь) — физический перенос данных (цифрового битового потока) в виде сигналов от точки к точке или от точки к нескольким точкам средствами электросвязи по каналу связи, как правило, для последующей обработки средствами вычислительной техники.

Передача данных может быть аналоговой или цифровой (то есть поток двоичных сигналов), а также они могут быть модулированы посредством аналоговой модуляции, либо посредством цифрового кодирования.

Передача данных может быть последовательной и параллельной.

В телекоммуникации, последовательная передача — это последовательность передачи элементов сигнала, представляющих символ или другой объект данных. Цифровая последовательная передача — это последовательная отправка битов по одному проводу, частоте или оптическому пути. Так как это требует меньшей обработки сигнала и меньше вероятность ошибки, чем при параллельной передаче, то скорость передачи данных по каждому отдельному пути может быть быстрее. Этот механизм может использоваться на более дальних расстояниях, потому что легко может быть передана контрольная цифра или бит чётности.

Если передача данных должна осуществляться на большие расстояния, то тогда возрастает опасность, что при пересылке данных может произойти ошибка. Речь идет о длинных линиях передачи данных между двумя раздельными блоками обработки данных, каждый из которых имеет собственный логический потенциал земли и устройство защиты от замыкания на землю. Между точками заземления в обоих блоках существует разница напряжений, воспринимаемая как помеха. Поблизости от устройств обработки данных имеется много источников помех, оказывающих влияние на линии связи. При большой длине кабеля возрастает опасность наводки помех.

Другой проблемой является согласование в линиях передачи данных. Если эти линии не совсем точно согласуются с характеристическим волновым сопротивлением, то тогда появляются отражения сигналов: после передачи импульса в линии связи некоторое время наблюдаются остаточные колебания, что может привести к ошибке в передаче данных. Для устранения этой проблемы надо некоторое время выждать, пока линия связи снова придет в состояние покоя, однако для этого потребуется время. Поэтому за последние годы были разработаны различные методы передачи данных через длинные линии, чтобы добиться хорошей взаимосвязи между двумя подсистемами. Эти методы реализуются в виде однопроводных и дифференциальных систем связи, причем последние могут быть выполнены в виде уравновешенных и неуравновешенных систем.

В однопроводной системе (рис. 1.1), которая реализуется лишь при связи на короткие расстояния, передача сигналов происходит только по одной линии. Обратной линией связи является соединение через землю.

Рисунок 1.1 – Однопроводная система.

При больших длинах линий связи в общем случае можно утверждать, что однопроводные системы передачи неприемлемы; здесь приходится рассчитывать только на сбалансированные (рис. 1.2) и несбалансированные (рис. 1.3) дифференциальные системы.

Рисунок 1.2 – Дифференциальная передача данных со сбалансированным управлением.

В сбалансированной системе противофазный сигнал поступает на 2 линии передачи. Со стороны приемного устройства информация воспринимается дифференциально и переводится в логический сигнал.

Рисунок 1.3 – Дифференциальная передача данных с несбалансированным управлением.

В несбалансированной системе в линию связи посылаются не парафазные, а однофазные сигналы.

При передаче данных мы используем 2 способа, которые обозначаются как TDM (передача с разделением по времени) и FDM (передача с разделением по частоте).

При передаче данных мы различаем синхронную и асинхронную передачу.

Для передачи данных имеются нормированные средства передачи, которые обозначаются как стандартные устройства сопряжения или стандартные интерфейсы, такие, как EIA-RS232C или CCITT V24 и V28.

Передача данных может выполняться в одном или обоих направлениях. При дуплексном режиме приемник и передатчик работают одновременно, при полудуплексном по очереди.

При последовательной передаче двоичные разряды данных передаются к приемнику по одной линии со сдвигом во времени.

В следующих разделах рассмотрены стандарт EIA RS-485, и прочие устройства, необходимые для осуществления передачи данных через этот интерфейс, а также схемы подключения микроконтроллеров и управляющая программа.

Сенсорные панели оператора SIMATIC TP170A/TP170B предназначены для построения профессиональных систем человеко-машинного интерфейса в системах управления на основе программируемых контроллеров SIMATIC S7. Они способны поддерживать функции мониторинга и оперативного управления, позволяют решать задачи визуализации, обеспечивают поддержку динамических полей ввода-вывода, использования сенсорной клавиатуры, масштабируемых шрифтов и других сервисных возможностей, предоставляемых операционной системой Windows CE.

Обе панели легко конфигурируются и имеют преемственность: проекты, созданные для SIMATIC TP170A, могут быть легко переведены на SIMATIC TP170B и дополнены возможностями, предоставляемыми этой панелью

Встроенный интерфейс RS 485 может быть использован для включения панелей в сети MPI или протокола MODBUSRTU. Для загрузки параметров конфигурации панели снабжены встроенным интерфейсом RS 232. Этот же интерфейс может использоваться для подключения панели к контроллерам других производителей.

Во второй части данной курсовой работы рассмотрен интерфейс передачи данных RS-485. Рассмотрены базовые понятия и способ работы.

В третий части рассмотрен протокол передачи данных для данного устройства ModbusRTU. Также рассмотрены базовые понятия и способ передачи данных.

1. Сенсорные панели оператора SIMATIC TP170A/TP170B

Панели SIMATIC TP170A и SIMATIC TP170B характеризуются следующими показателями:

• Фронтальная панель размерами 212х156 мм, монтажный проем размерами 198х142х42 мм.

• Прочный пластиковый корпус. Степень защиты фронтальной панели IP 65, остальной части корпуса. IP 20.

• Опциональная защитная крышка для обеспечения степени защиты NEMA4.

• Пассивный STN CCFL (Cold Cathode Fluorescence Lamps) дисплей голубого свечения. Наработка на отказ 50000 часов (6 лет непрерывной работы).

• Графическое разрешение 320х240 точек.

• Сенсорная аналоговая резистивная клавиатура.

• 32-разрядный микропроцессор с RISC архитектурой, 66МГц.

• Алфавитная клавиатура (от ProTool V5.2 SP2).

• Цифровая клавиатура, поддерживающая выполнение операций в десятичной, двоичной или шестнадцатеричной системах счисления.

• Встроенные интерфейсы RS485 и RS 232.

• Организация связи через MPI или протокола MODBUSRTU. В сети протокола MODBUSRTUскорость передачи данных может достигать 1.5 Мбит/с для панели TP170A и 12 Мбит/с для панели TP170B.

• Терминалы для подключения питания =24В.

Дополнительные особенности SIMATIC TP 170B:

• Последовательный интерфейс RS 232 для подключения принтера.

• Разъем для установки Flash карты.

• Обмен данными через MPI со скоростью до 12 Мбит/с.

Панели SIMATIC TP 170 могут подключаться:

• К программируемым контроллерам SIMATIC S7–200/-300/-400.

• К системам компьютерного управления SIMATIC WinAC V3.0 или выше.

• К программируемым контроллерам SIMATIC S5/505.

• К системам управления SINUMERIK и SIMOTION (только TP 170B).

• К программируемым контроллерам Allen Bradley, Mitsubishi, Telemecanique, Modicon, Lucky Goldstar GLOFA, GE Fanuc, OMRON.

Функции SIMATIC TP 170A/TP 170B:

• Поля ввода-вывода для отображения и модификации значений параметров.

• Кнопки: для непосредственного вызова функций или активизации определенных действий. Допускается конфигурирование до 16 одновременно выполняемых функций.

• Графика: использование графики в качестве фоновых изображений, а также иконок для маркировки кнопок. Наличие библиотек графических объектов в инструментальных средствах конфигурирования панели. Использование графических редакторов Windows с OLE интерфейсом (Paint-Shop, Designer, Corel Draw и т.д.).

• Фиксированные тексты: для маркировки клавиш, формирования наименований диаграмм и значений переменных. Надписи могут выводиться шрифтом любого размера. Максимальная высота символов может достигать 2.4 см.

• Построение бар-графиков динамически изменяющихся параметров.

• Выбор отображаемой информации, хранящейся в памяти программируемого контроллера.

• Использование стандартных библиотек графических объектов и кнопок пакета ProTool.

• Парольная защита доступа: в TP 170A. 2-уровневая, в TP 170B. 10-уровневая.

• Мониторинг граничных значений переменных.

• Индикация состояний автоматизируемого оборудования.

• Загрузка драйверов других производителей (от ProTool V6.0 и выше).

• Функции обслуживания и конфигурирования:

– создание резервных копий и восстановление параметров конфигурации, операционной системы, данных и микропрограмм на компьютере с использованием программного обеспечения ProSave или в CF-карте (только для TP 170B);

- загрузка / считывание параметров конфигурации через MPI/ PROFIBUS-DP/ RS 232;

- автоматическая настройка на прием параметров конфигурации;

- регулировка контрастности изображения и калибровка экрана;

- имитационная проверка конфигурации на компьютере с программным обеспечением конфигурирования;

- упрощение обслуживания за счет отсутствия буферной батареи.

Дополнительные возможности панели SIMATIC TP 170B:

• Векторная графика: использование для оформления экрана различных геометрических фигур (линий, прямоугольников, окружностей, эллипсов и т.д.).

• Построение графиков кривых.

– сохранение рецептурных данных и параметров настройки в CF карте;

- интерактивное/ автономное редактирование рецептур;

- сохранение рецептурных данных в стандартном Windows-формате CSV;

- внешняя обработка данных средствами Excel и Access.

• Интервальный таймер для циклического выполнения различных функций.

• Встроенный порт для подключения принтера.

• Динамическое перемещение объектов, отображение/ скрытие объектов.

• Перманентные окна, присутствующие на различных экранных изображениях.

Для конфигурирования панелей SIMATIC TP 170A/TP 170B может использоваться программное обеспечение SIMATIC ProTool/Lite, SIMATIC ProTool или SIMATIC ProTool/Pro от V5.2 и выше (для панели TP 170B. от V5.2 SP2 и выше).

1.1 Общее описание интерфейса RS-485

Интерфейс RS-485 (другое название – EIA/TIA-485) – один из наиболее распространенных стандартов физического уровня связи. Физический уровень – это канал связи и способ передачи сигнала (1 уровень модели взаимосвязи открытых систем OSI).

Рисунок 1.1 – Устройство передачи сигнала

Аппаратная реализация интерфейса – микросхемы приемопередатчиков с дифференциальными входами / выходами (к линии) и цифровыми портами (к портам UART контроллера). Существуют два варианта такого интерфейса: RS-422 и RS-485.

RS-422 – полнодуплексный интерфейс. Прием и передача идут по двум отдельным парам проводов. На каждой паре проводов может быть только по одному передатчику.

RS-485 – полудуплексный интерфейс. Прием и передача идут по одной паре проводов с разделением по времени. В сети может быть много передатчиков, так как они могут отключаются в режиме приема.

Хорошая помехоустойчивость.
Большая дальность связи.
Однополярное питание +5 В.
Простая реализация драйверов.
Возможность широковещательной передачи.
Многоточечность соединения.

Большое потребление энергии.
Отсутствие сервисных сигналов.
Возможность возникновения коллизий.

Рисунок 1. Устройство передачи сигнала

Рисунок 2. Схема работы интерфейса.

Рис. 3. Схема балансной системы

Система называется балансной, потому что сигнал на одном проводе является идеально точной противоположностью сигнала на втором проводе. Другими словами, если один провод передает высокий уровень, другой провод будет передавать низкий уровень, и наоборот.

Рис. 4. Сигналы на двух проводах балансной системы идеально противоположны.

Топология сети RS485

Рисунок 3. Топология сети RS485

Применение RS485

Интерфейс RS485 – широко применяется в промышленности при создании АСУ ТП. Практически все современные компьютеры в промышленном исполнении, большинство интеллектуальных датчиков и исполнительных устройств, программируемые логические контроллеры содержат в своем составе интерфейс RS485.

Наличие интерфейса RS485, позволяет использовать его в системах КИПиА, АСУ, АСКУЭ.

теплосчетчики;
электросчетчики;
промышленное оборудование;
контроллеры;
станки с программным управлением;
датчики;
карт-ридеры;
исполнительные устройства.

Стандарт RS485 является основным стандартом 1-го физического уровня (OSI) передачи данных по последовательным асинхронным каналам связи.

Работу выполнил студент
Группы ДиКТ 21-07
Лаврентьев А.А.

г. Чебоксары 2011

Стандарт
RS-485 — это номер стандарта, впервые принятого Ассоциацией электронной промышленности (EIA). Cейчас этот стандарт назыветсяTIA/EIA-485 Electrical Characteristics of Generators and Receivers for Use in Balanced Digital Multipoint Systems (Электрические характеристики передатчиков и приемников, используемых в балансных цифровых многоточечных системах).
В народе RS-485 — это название популярного интерфейса, используемого в промышленных АСУТП для соединения контроллеров и другого оборудования. Главное отличие RS-485 оттакже широко распространенного RS-232 — возможность объединения нескольких устройств.

Описание интрефейса
Интерфейс RS-485 обеспечивает обмен данными между несколькими устройствами по одной двухпроводной линии связи в полудуплексном режиме. Широко используется в промышленности при создании АСУТП.

Скорость и дальность
RS-485 обеспечивает передачу данных со скоростью до 10 Мбит/с. Максимальнаядальность зависит от скорости: при скорости 10 Мбит/с максимальная длина линии — 120 м, при скорости 100 кбит/с — 1200 м.
Количество соединяемых устройств
Количество устройств, подключаемых к одной линии интерфейса, зависит от типа примененных в устройстве приемопередатчиков. Один передатчик рассчитан на управление 32 стандартными приемниками. Выпускаются приемники со входным сопротивлением 1/2, 1/4,1/8 от стандартного. При использовании таких приемников общее число устройств может быть увеличено соответственно: 64, 128 или 256.
Протоколы и разъемы
Стандарт не нормирует формат информационных кадров и протокол обмена. Наиболее часто для передачи байтов данных используются те же фреймы, что и в интерфейсе RS-232: стартовый бит, биты данных, бит паритета (если нужно), стоповый бит.Протоколы обмена в большинстве систем работают по принципу "ведущий"-"ведомый". Одно устройство на магистрали является ведущим (master) и инициирует обмен посылкой запросов подчиненным устройствам (slave), которые различаются логическими адресами. Одним из популярных протоколов является протокол Modbus RTU.
Тип соединителей и распайка также не оговариваются стандартом. Встречаются соединители DB9, клеммныесоединители и т.д.

Подключение
Схема подключения
|
На рисунке изображена локальная сеть на основе интерфейса RS-485, объединяющая несколько приемо-передатчиков.
При подключении следует правильно присоединить сигнальные цепи, обычно называемые А и В. Переполюсовка не страшна, но устройство работать не будет.
Общие рекомендации
* Лучшей средой передачи сигнала является кабель наоснове витой пары.
* Концы кабеля должны быть заглушены терминальными резисторами (обычно 120 Ом).
* Сеть должна быть проложена по топологии шины, без ответвлений.
* Устройства следует подключать к кабелю проводами минимальной длины.
Витая пара является оптимальным решением для прокладки сети, поскольку обладает наименьшим паразитным излучением сигнала и хорошо защищена от наводок. Вусловиях повышенных внешних помех применяют кабели с экранированной витой парой, при этом экран кабеля соединяют с защитной "землёй" устройства.
Согласование
Терминальные резисторы обеспечивают согласование "открытого" конца кабеля с остальной линией, устраняя отражение сигнала.
Номинальное сопротивление резисторов соответствует волновому сопротивлению кабеля, и для кабелей на основе витойпары обычно составляет 100 - 120 Ом. Например, широко распространённый кабель UTP-5, используемый для прокладки Ethernet, имеет импеданс 100 Ом. Специальные кабели для RS-485 марки Belden 9841 . 9844 — 120 Ом. Для другого типа кабеля может потребоваться другой номинал.
Резисторы могут быть запаяны на контакты кабельных разъемов у конечных устройств. Иногда резисторы бывают.

Читайте также: