ARM programozás 4. Óra USART periféria és az RS-485 busz elmélete és használata Iványi László ivanyi.laszlo@stud.uni-obuda.hu Szabó Béla szabo.bela@stud.uni-obuda.hu
Mi az USART/UART? USART => Universal Syncronous Asyncronous Receiver Transmitter UART => Universal Asyncronous Receiver Transmitter A névben szereplő univerzális szó az átkonfigurálhatóságra utal, miszerint az Átviteli sebesség (Baudrate -> pl.: 9600, 115200), Adathossz (6-9bit), Paritás ellenőrzés és a Stop bitek száma (1 vagy 2bit) a megadott értékek közül szabadon megválaszthatóak.
UART/USART fő funkcionalitásai UART/USART egy pont-pont kommunikáció, mely max. 15 méteres hatótávra használható. USART és UART különbsége: A szinkron átvitel során az adat vonalak mellett még egy órajel vonalat is át kell vinni, míg ezt az aszinkron kommunikáció esetén elhagyjuk (mert szükségtelen). Flow Control: -Hardware-es -Software-es
Rx,Tx lábak. Az adatcsere a Tx és az Rx lábakon keresztül történik. Rx: Receive, ez a fogadó láb. Tx: Transmit, ez a küldő láb. Ezeket, mint az ábra mutatja, nem név szerint kell egymáshoz kötni, hanem keresztben kell őket összevezetékelni. (Rx-Tx párként, az Rx-Rx és a Tx-Tx bekötés esetén a kommunikáció nem fog működni.) (Rx a fül, Tx a száj. Ha a küldő és a fogadó összeérintik a füleiket, nem fogják hallani, mit suttog a másik szája.)
Mire jó a Flow Control? Az adatátvitel során előfordulhat, hogy a fogadó oldalon az adatfeldolgozás nem olyan gyors, mint az adó oldalon, emiatt szükséges megállítani a kommunikációt egy kis időre, amíg a feldolgozás megtörténik (azért, hogy ne legyen adatveszteség). Az ilyen megoldások például a már megemlített hardware-es és software-es flow control.
Hardware-es flow control Az előbbiekben bemutattuk a Tx és az Rx lábakat. A működésük itt is azonos. Ezen kívül a van még a küldő és a fogadó oldalon plusz két láb. CTS és RTS. CTS: Clear To Send (bemenet) RTS: Request To Send (kimenet) A fogadó oldal, amikor készen áll az adatok fogadására, akkor a RTS lábát alacsony szintre állítja, (ezzel a küldő CTS lába magas szintre kerül) így a küldő számára engedélyezett az adatok továbbítása.
Software-es flow control A software-es flow control esetén nincs szükség plusz lábakra, az adatáramlás adatcsomagok segítségével állítható. Az adatcsomagok az XOn és az XOff. Ezek ASCII karakterek, számaik a 0x11 és 0x13. (ASCII => American Standard Code for Information Interchange.) Ha az A eszköznek szüksége van időre a beérkezett adatok értelmezésére, akkor elküld a B eszköznek egy XOff karaktert. Ekkor a B eszköz szünetelteti az adatküldést az A eszköz felé, addig, amíg az A eszköz nem küldi el az XOn karaktert.
USART keret felépítése
RS-485 busz ismertetése
RS-485 fizikai felépítése - Half-Duplex (Figure 3.) - Egy adott idő pillanatban egyszerre csak egy irányba haladhat információ. - Full-Duplex (Figure 4.) - Egy adott idő pillanatban egyszerre mindkét irányban haladhat információ. Lezáró ellenállást csak a végpontok fogadó oldalára (Full-Duplex esetén egy darabot, Half- Duplex esetén, mivel a vonal mindkét végén található vevő, 1-1 darabot) kell tenni.
Főbb tulajdonságai -Differenciális jelátvitel -Hatótáv: 1200 m -Adatátviteli sebesség: 10Mbps (az áthidalandó távolságtól is függ, nagyobb távolság kisebb sebesség.) -Felfűzhető egységek száma: 32 (1/4UL ->4*32=128)(1/8UL->8*32=256) -Kimeneti feszültség szintek: -7V -> +12V UL -> Unit Load
Miért szükséges az izoláció? - Emberek és a gépek védelme, - Földelési hibák, - Rendszer teljesítményének növelése miatt ajánlott az izoláció.
Egy izolált busz felépítése RS485 busz felépítése izolált busz illesztőkkel. Kérdés: Ez milyen felépítésű busz és miért? (Half- vagy Full-Duplex)
Tranziens, túlfeszültség zavarok elleni védelem A nagy amplitúdójú tranziensek jól kivédhetők, illetve hatásuk csökkenthető erenként 1-1 TVS diódával, mely a tranziensből származó túláramot/túlfeszt. elvezeti. TVS -> Transient Voltage Suppression
Forrás: Horváth Márk http://uni-obuda.hu/users/horvath.mark/kando/interfeszek/buszok/busz.html RS-485 leírás (Analog Devices) http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/an- 960.pdf?doc=ug-543.pdf Ten Ways to Bulletproof RS-485 Interfaces (TI) http://www.ti.com/lit/an/snla049b/snla049b.pdf