REDES INDUSTRIAIS SEMANA 10 TRANSMISSÃO SERIAL DE SINAIS EM REDES INDUSTRIAIS 1 Objetivo da Transmissão Serial Necessidade de comunicação com equipamentos a distância. É um caso particular da transmissão paralela em que apenas um bit é transmitido por vez, de forma sequencial, um após o outro. 2
Transmissão Paralela Transmissão de dados mais custosa e complexa. Necessita mais de um canal de comunicação. Baixa imunidade a ruídos. Utilizada em curtas distâncias. Custo elevado. Apresenta maiores velocidades durante a transmissão de dados. 3 4
5 Transmissão Serial Menos complexa. Necessita apenas de um canal de comunicação. Apresenta menores velocidades durante a transmissão de dados. Menor custo. Maior imunidade a ruídos. 6
Comunicação Serial x Paralela 7 8
9 Modo Síncrono de Comunicação Um dos sistemas conectados deve gerar um clock que deve ser seguido pelos demais sistemas. Os clocks do transmissor e receptor não devem estar sincronizados e o tempo é dividido em intervalos fixos que corresponde a 1 bit. O termo síncrono refere-se a esse intervalo fixo de cada bit de dados, transmitidos continuamente através do meio de transmissão. Não é tão sensível a distorções e pode trabalhar em velocidades bem mais altas. Protocolos com envio de blocos de caracteres. 10
Modo Síncrono de Comunicação 11 Modo Assíncrono de Comunicação Não existe a necessidade de gerar um sinal de sincronismo externo (clock). Os dois sistemas devem ter geradores de clock internos programados para a mesma velocidade de modulação (baud rate). Transmissão de caractere a caractere (byte a byte). Protocolo do tipo bit de paridade. A transmissão pode começar a qualquer momento. 12
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15 Sistemas BIT 16
Ex.: pager Ex: walkie-talkie Ex.: Transmissão de dados 17 Classificação das Interfaces Seriais quanto a Referência Quanto à referência dos sinais em relação ao terra as interfaces seriais classificam-se em: Desbalanceadas: sinal de dados tem como referência o terra dos sistemas conectados. Para uma transmissão full duplex bastam 3 fios. Pequena imunidade a ruídos. Balanceada: para cada sinal de dados tem-se uma referência desconectada do terra. Para uma transmissão full duplex precisa-se de 2 pares de fios. Um par de fios para uma transmissão halfduplex ou simplex. Alta imunidade a ruídos. 18
Principais Padrões de Interface Serial Os padrões para interface serial especificam as características: elétricas, mecânicas e funcionais dos circuitos entre dois equipamentos e determinam nomes, números e fios necessários para se estabelecer a comunicação. São estabelecidos pela TIA (Associação Internacional de Telecomunicações) e pela EIA (Associação Internacional de Eletrônica). 19 Principais Padrões de Interface Serial RS-232 RS-422 RS-485 V.35 USB 20
21 RS-232 Surgiu em 1969. Criado para interligar ETD com ECD (Modems). Emprega transmissão desbalanceada. Fios básicos para transmissão são o Txd (transmitted data) e o Rxd (Received data) e SG (Signal Ground). A diferença básica entre ETD e ECD é: No ETD o pino 2 (do conector padrão de 25 pinos) é Txd e o pino 3 é Rxd. No ECD o pino 2 é Rxd e o pino 3 Txd. Para conectar 2 ETDs é necessário que a linha de Txd de um seja a linha de Rxd do outro. 22
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RS 232 Em muitos casos é necessário para ETD saber se o ECD está pronto para receber. Ou seja, é necessário que o receptor envie uma informação para o transmissor. Esta informação é chamada de controle de fluxo (handshaking) e pode ser enviada via software (pouco utilizado) ou via hardware. Numa transmissão de um ETD para um ECD o pino 6 é usado para isto e o sinal chama-se DSR (Data Set Ready) O pino 5 tem a mesma função e o sinal é conhecido como CTS (Clear To Send) Já em uma transmissão de um ECD para um ETD os sinais utilizados são DTR (Data Terminal Ready) no pino 20 e RTS (Request to Send) no pino 4. Os últimos 2 sinais mais utilizados são são o RI (Ring Indicator), usado para o MODEM sinalizar que o telefone está tocando e o CD (Carrier Detect). No toal são mencionados nas linhas externas 9 pinos e por isso utilizar o conectro DB9 (9 pinos). O conector de 25 pinos (DB25) é muito utilizado nos microcomputadores compatíveis IBM-PC. 25 26
RS 232 Como a comunicação é digital deve-se definir o que é o bit 0 e o que é o bit 1. No RS-232 o bit zero é uma tensão positiva entre +5V e + 15V para saída e entre + 3V e +15V para a entrada. Já o bit 1 é uma tensão negativa variando entre -5 e 15V para a saída e -3V e -15V para entrada. Todos esses níveis de tensão são em relação ao SG (Sinal Ground) 27 28
29 RS 232 A transmissão por RS-232 tem o alcance de 15 m, porém a distância efetiva está relacionada diretamente com a taxa de transmissão, o cabo utilizado e as condições de ruído do ambiente. O RS-232 é compatível com o padrões ITU V.24 e V.28 e ISSO 2110. 30
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33 As funções dos sinais da norma EIA 232 podem ser divididas em 6 categorias: 34
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39 RS-422 Interface balanceada. O nível 1: 2 a 12V para a saída (tx) e 0,2 a 12V para entrada (rx). Não define um conector físico específico. Usa muitos conectores diferentes: DB9, DB25 com pinagem não padronizada. DB25 com padrão RS-530 e DB37 com padrão RS-449. O padrão especifica um driver simples unidirecional com múltiplos receptores (até 32). O RS-422 suporta circuitos ponto-a-ponto ou multi-drop mas não suporta circuitos multi-ponto (RS-485). Utilizado para transmissões a até 1200 m com altas velocidades. São necessários 2 pares de fios para transmissão duplex. Os sinais de controle (RTS, DTS, DTR, CTS) não estão presentes. A versão desbalanceada para a RS-422 é a RS-423. 40
Circuito da Interface RS-422 41 Driver RS-422 42
RS-485 No protocolo RS-485 há apenas um par de fios para transmissão e recepção que deve ser compartilhado. Vantagem: possibilidade de interligar vários equipamentos que podem se comunicar entre si através do mesmo cabo, diferente do RS-232 por exemplo. Muito usado em sistemas industriais onde há sistemas automatizados ligados em rede. Desvantagem: comunicação half-duplex. O protocolo para acesso ao meio pode ser Ethernet ou Mestre-Escravo. 43 Ligação RS-485 44
RS-485 È necessário a inserção de resistores nas 2 extremidades do cabeamento da rede como na Ethernet. Muitos equipamentos já possuem este resistor internamento sendo acionados por dip-switches quando colocados na extremidade da rede. 45 Localização dos resistores de terminação em rede RS-485 (3.14) 46
Dip-switches utilizados para adicionar o resistor de terminação. 47 Qual a diferença de comunicação RS-232 e RS-485? RS-232 é o protocolo padrão de comunicação serial. Com este protocolo você poderá utilizar apenas um microterminal conectado a porta serial do PC com uma distância máxima de até 30 metros. Caso exista a necessidade de conectar mais de um equipamento em uma mesma porta serial utiliza-se o protocolo RS-485. Neste caso usa-se um conversor de protocolos denominado CP-100. Esta configuração física permite utilizar até 32 equipamentos em uma única porta serial do PC e com distância máxima de até 1200 metros 48
Qual a função do CP-100? Conversor de protocolos de uso obrigatório em redes RS-485. Converte o protocolo padrão RS-232 da porta serial do PC para o protocolo RS-485 possibilitando a conexão de até 32 equipamentos na mesma porta serial. 49 V.35 V.35 é o padrão internacional de transmissão de dados a 48 kbps usando grupos de circuitos de banda de 60 a 108 khz. Este padrão é comumente utilizado para DTE ou DCE fazendo a interface com uma portadora digital (sinal digital) de alta velocidade. 50
Cabo para Interface V.35 DTE (DB25M/M34M) 51 Aspecto Final do Cabo 52
Conector V.35 e Capa 53 Pinos Estampados para Crimp 54
Adaptador V.35 55 Cabo V.35 Montado 56
Cabo Adaptador V.35 57 Tabela Comparação entre Padrões RS-232, RS-423, RS-422, RS-485 58
Baud Rate x Distância 59 USB Criado em 1995 através de uma aliança entre empresas como Microsoft, Compaq, Intel, HP, Lucent, NEC, Philips. Muito usado na interligação de periféricos e computadores PC como webcam, impressoras, pendrive, scanner, etc. Seu uso tem crescido em ambiente industrial na interligação entre CLP e PC, visando principalmente a programação e monitoramento de CLP, papel este feito por portas seriais RS-232. Permite o uso de HUBs USB, que disponibiliza 4 ou 8 outras portas USB, expandindo a quantidade de dispositivos que se pode conectar através de uma porta USB. 60
O Padrão USB utiliza conectores A (conectar no computador - upstream) e B(conectar no dispositivo downstream) 61 Teoricamente podemos conectar até 127 dispositivos USB em uma única porta, porém a velocidade de transmissão de dados de todos os equipamentos envolvidos é comprometida. 62
Um HUB possui tipicamente 4 portas novas, mas não está limitado a isso. Você conecta o HUB ao computador e então liga os dispositivos (ou outros hubs) a ele. Encadeando diversos HUBs é possível ter muitas portas USB disponíveis em um único Computador. 63 USB Em redes industriais, hubs USB têm sido utilizados na camada física ao interligar-se CLP e redes Ethernet Industrial. O padrão USB é plug and play, permitindo a fácil instalação de dispositivos sem precisar desligá-los pela identificação automática e disponibilidade imediata de seus recursos, não sendo necessário a escolha manual de endereços físicos de HW e nem de requisição de interrupção. A versão 1.0 permite taxas de transmissão de 1,5 Mbps. A versão 1.1 permite velocidades de 1,5 Mbps até 12 Mbps. A versão 2.0 permite velocidades de até 480 Mbps (60 MBytes por segundo) mantendo a compatibilidade com as versões anteriores. 64
Adaptadores USB 65 Adaptador USB para Porta Serial 66
- O USB é um barramento serial, por isso os conectores possuem apenas 4 contatos, sendo 2 para a transmissão dos dados (um para enviar, outro para receber) e os outros 2 para a transmissão de eletricidade. - Os 2 pinos para a transmissão de dados são os dois centrais, enquanto os para energia são os 2 externos. - Olhando um conector USB com os contatos virados para baixo, o pino da direita é o positivo, enquanto o da esquerda é o neutro. - Dentro do cabo, o fio vermelho é o positivo, o preto é o neutro, enquanto o verde e o branco são os usados para transmissão de dados. O padrão é balanceado. 67 Conector FireWire Padrão IEEE 1394 FireWire é um método de transferência de informações entre dispositivos digitais, em especial, equipamentos de áudio e vídeo. Também conhecido como IEEE 1394, o FireWire é rápido: sua última versão atinge velocidades de até 800 Mbps. No futuro, quando os fabricantes renovarem os atuais cabos, a expectativa é de que esse número pule para inacreditáveis 3,2 Gbps. É possível conectar até 63 dispositivos a um barramento FireWire. Os sistemas operacionais Windows (98 e posteriores) e Mac OS (8.6 e posteriores) são compatíveis com essa tecnologia. 68
Conector FireWire Padrão IEEE 1394 Digamos que a sua filmadora digital esteja conectada ao seu computador. Quando ele é iniciado, cria uma fila de dispositivos conectados ao barramento e distribui um endereço a cada um deles, em um processo chamado de enumeração. O FireWire é plug-and-play,, ou seja, se você conectar um dispositivo FireWire, ele será detectado automaticamente pelo sistema operacional, que pedirá o disco com o driver do dispositivo. Se ele já tiver sido instalado anteriormente, o computador simplesmente o ativa e comunica-se com ele. Os dispositivos FireWire são hot pluggable,, o que significa que podem ser conectados e desconectados a qualquer momento, mesmo que o fornecimento de energia esteja ligado. 69 Porta Firewire de um Notebook 70
Conector FireWire Padrão IEEE 1394 Criado originalmente pela Apple e padronizado em 1995 como Barramento Serial de Alto Desempenho IEEE 1394,, o FireWire é muito similar ao Barramento Serial Universal (USB). Os designers do FireWire tinham em mente vários objetivos quando o criaram: alta taxa de transferência capacidade de colocar vários dispositivos no barramento facilidade de uso função hot-pluggable (conectar os equipamentos sem os desenergizar) fornecimento de energia pelo cabo desempenho plug-and-play baixo custo de cabeamento baixo custo de implementação 71 Especificações FireWire FireWire 400 (1394a) Taxas de transferência de até 400 Mbps Distância máxima entre dispositivos de 4,5 m (comprimento do cabo) FireWire 800 (1394b) Taxas de transferência de até 800 Mbps Distância máxima entre dispositivos de 100 m (comprimento do cabo) 72
HD Externo FireWire 73 Conector FireWire As imagens mostram os conectores e as entradas FireWire que são padrão de mercado. Note que é possível encontrar cabos com conectores de 9 vias em uma ponta e 4 ou 6 vias na outra. Assim, dispositivos FireWire 400 podem ser usados em aparelhos com FireWire 800, quando há compatibilidade. 74
FireWire Conectores de 9 e 6 pinos Portas USB, FireWire e Ethernet FireWire O cabo que permite a conexão de dispositivos em uma interface FireWire 400 é composto por até 6 vias (ou seja, 6 pequenos fios internos). Dessas, duas vias são utilizadas para a alimentação elétrica, enquanto que as demais - separadas em pares - tratam especificamente da transmissão e sincronismo dos dados. Note que alguns cabos podem conter 4 vias ao invés de 6. Neste caso, os fios de transmissão de energia não existem. No caso do FireWire 800, o cabo pode conter até 9 vias. Das três vias adicionais, duas servem para reforçar a proteção do cabo, de forma que este não receba ou emita interferências. A terceira via adicional não tem nenhum função específica.
FireWire 400 e 800 Plug FireWire 6 Pinos 78
Diagrama dos conectores FireWire de 6 e 4 pinos 79