• بازدید : 63 views
  • بدون نظر
این فایل در ۳۷صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:

¬¬در دنياي صنعتي امروز ، انتقال ديتا به عنوان يکي از مهمترين بخشهاي پروسه هاي کنترلي شناخته شده است و طراحان در تلاش براي بوجود آمدن پروتکل هاي جديدي با ايمني ، صحت و سرعت بالا در انتقال ديتا هستند. در اين مقاله ، در ابتدا به معرفي تبادل ديتا (Data Communication) پرداخته و برخي از مباحث کليدي آن از جمله ارتباط سريال و موازي ، فزستنده و گيرنده ، اتصالات و تبادل شفاف ، ساختار Master-Slave ، سرعت انتقال ، مدوله سازي ، Handshaking را مختصراً توضيح مي دهيم. 
چگونه تبادل ديتا انجام مي پذيرد؟
هدف از تبادل ديتا ، انتقال ديت بين ۲ يا تعداد بيشتري واحد مي باشد. به عنوان يک اصل ، آنها مي توانند کاراکتر، دستورات باشند که نياز به نمايش دارند.ساده ترين سطح زبان کامپيوتر ، کاراکترهاي باينري است که شامل ۷ يا ۸ ، عدد صفر يا يک مي باشد. اکثر کامپيوترها با اين سطح کار مي کنند.
تبادل ديتا اساساً با صفر و يک صورت مي گيرد.
يکي از استانداردهاي معمول در کامپيوترها ، استاندارد ASCII مي باشد که شامل ۱۲۸ کاراکتر است که هر کدام از آنها از ۷ بيت تشکيل شده است. بايد توجه داشت که ارتباطات در داخل کامپيوتر با سرعت زيادي انجام مي شود و براي ارتباط با محيط خارج بايد ارتباطات همزمان شوند و همچنين بايد صحت تبادل ديتا ، کنترل شود.
استانداردهاي مختلفي از ASCII وجود دارد. به عنوان مثال Extended ASCII که از هشتمين بيت نيز براي انتقال data استفاده مي کند.
يک بيت در هر زمان يا يک بايت بطور کامل
دو روش براي انتقال ديتا وجود دارد : 

۱-  سريال
۲-  موازي

در انتقال موازي ، براي هر بيت يک مسير در نظر گرفته شده است. بنابراين کاراکترها مي توانند بطور همزمان ارسال شوند. با توجه به اين مزيت، که سرعت بالاي انتقال است اين روش در سيستمهاي ارتباطي کوتاه مورد استفاده قرار مي گيرد.
در مقابل ، در روش سريال هر بيت در هر لحظه فرستاده مي شود. بنابراين پروتکل ارتباطي ، بايد بتواند براي مقصد ، ابتدا و انتها را مشخص کند. علاوه بر اين، سرعت انتقال نيز با واحد bit/s معرفي مي شود.
 
يک کاراکتر در يک زمان يا يک جمله کامل
ما دو روش براي انتقال سريال داريم : 
۱- انتقال غير همزمان (Asynchronous) 
۲- انتقال همزمان (synchronous)
در انتقال غير همزمان ، ترانسميتر، کاراکترها را در يک لحظه با بيت start و stop مي فرستد. و گيرنده هر بيت start را که دريافت مي کند، بقيه بيتها را به عنوان کاراکتر تفسير مي کند. و بيت stop گيرنده را ريست مي کند. در حدود ۹۰ تا ۹۵ درصد از انتقال نوع سريال data بصورت غير همزمان است.
در انتقال همزمان همه پيام ها در يک لحظه فرستاده مي شود. سرعت انتقال توسط خط clock بر روي يک سيم جداگانه يا بصورت مدوله شده بر روي سيگنال ديتا ، تعيين مي شود. عيب روش غير همزمان در مقابل روش همزمان اين است که حدود ۲۰ الي ۲۵ درصد پيغام شامل بيتهاي پريتي مي باشد.
 
فرستنده و گيرنده
در مبحث تبادل ديتا ، سخت افزارهايي با نام فرستنده و گيرنده وجود دارد. مانند PC و ربات که مي توانند هم به عنوان گيرنده و هم به صورت فرستنده در يک زمان عمل کنند.
اين انتقال به سه روش مي تواند انجام شود:
۱- simplex : انتقال ديتا تنها يک طرفه است و از جانب فرستنده به گيرنده ، روي يک line مي باشد.
۲- Half duplex : انتقال ديتا ، به صورت دو طرفه مي باشد ولي نه بصورت همزمان بلکه روي دو line جداگانه انجام مي پذيرد.
۳- Full duplex : انتقال ديتا ، به صورت دو طرفه ، همزمان روي يک line انجام مي پذيرد.(مانند انتقال ديتا در مکالمات تلفني)
 
اتصال صحيح :
DTE(data terminal equipment) و DCE(data communication equipment) از جمله اصطلاحاتی است که در تبادل ديتا وجود دارد. کامپيوترها و ترمينالها معمولاً DTE هستند، مودم و سخت افزارهاي ارتباطي معمولاً DCE هستند در حالي که تجهيزات ديگري تظير مولتي پلکسرها و پرينترها مي توانند هم DTE و هم  و هم DCE باشند. در DTE پينهاي استفاده شده براي انتقال و دريافت ديتا متفاوت با پينهاي کانکتور DCE مي باشند. بدين ترتيب مي توان DTE را مستقيماً به DCE متصل کرد. در صورتي که دو DCE را به هم متصل کنيم مجبوريم که فرمت اتصال را تغيير دهيم تا خط TD(Transmit Data) بر خط RD(receive data) منطبق شود.
 
تبادل شفاف (transparent communication)
در سيستمهاي کامپيوتري که بوسيله تعدادي مودم با هم شبکه شده اند از ارتباط شفاف استفاده مي کند. شفافيت به معناي اين است که همه واحدها همه پيغامها را مي شنوند. 


ساختار Master-Slave
بخش گسترده اي از شبکه هاي صنعتي از اين ساختار استفاده مي کنند بدين صورت که چندين Master پيغام ها را بطور متناوب به Slaveهايي که پاسخ مي دهند مي فرستد. اين توالي را polling مي نامند. در اين سيستم هر Slave آدرس مخصوص به خود را دارد.
Master فرمان خود را به همراه آدرس Slave مورد نظر مي فرستد. Slave مورد نظر پس از تشخيص آدرس ، فرمان را انجام داده و در بعضي مواقع سنگنال تاييدي براي master  مي فرستد تا به کار خود ادامه دهد.
ساختار و شکل آدرس و پيغام بستگي به نوع پروتکل ارتباطي که استفاده مي شود، دارد. پيغامي که براي همه slave  ها فرستاده مي شود پيغام broadcast  ناميده مي شود. اين مي تواند پيغامي باشد که توسط master  به تمامي slave  ها دستور داده مي شود که آن وظيفه را انجام مي دهند. به عنوان مثال مي توان plc  هاي کنترل کننده آژير را نام برد. درهنگام خطر همه آژيرها بايد به صدا درآيند بنابراين يک پيغام broadcast  بايد فرستاده شود.
سرعت انتقال:
همواره بهينه ترين سرعت ، بيشترين سرعت نيست بلکه بايد خطاي انتقال و ارتباطات را نيز در نظر گفت.نوع کابل و فاصله سرعت بهينه را تعيين مي کند.در اين صورت ما به امنيت بالا و قابل اطمينان در انتقال ديتا دست مي يابيم .
براي انتقال ديتا ديجيتال به وسيله سيم هاي مسي بايد در ابتدا تغيير شکل پيدا کند.
کابل ارتباطي سبب تضعيف و متغيرشدن سيگنال مي شوند که در سرعتهاي بالا اين اثرها مي تواند بحراني باشند.
دو اصطلاح که در اين مبحث وجود دارد bit/s و baud rate مي باشند. سرعت انتقال با bit/s اندازه گيري مي شود. بطور تقريبي براي انتقال هر کاراکتر ۱۰ بيت نياز است بنابراين مي تواند با سرعت ۹۶۰۰ bit/s تقريباً ۹۶۰ کاراکتر را در ثانيه انتقال داد.
براي تغيير شکل سيگنال پيش از فرستادن به شبکه از مودم استفاده مي شود. مودم ، سيگنال و baud rate را تغيير مي دهد.  Baud rate تعيين مي کند سيگنال در هر ثانيه چند بار تغيير شکل پيدا مي کند (مدوله مي شود). هر تغيير شکل در سيگنال در واقع ايجاد بسته اي است که در طول خط به سوي مودم گيرنده فرستاده مي شود و در آنجا کدگشايي شده و دوبار اطلاعات به ديجيتال تبديل مي شود.
 
در مودمهاي short-haul (براي مسيرهاي کوتاه) سيگنال تغيير شکل پيدا نمي کند و همان چيزي که فرستاده مي شود در مودم گيرنده دريافت مي شود و به صورت Transparent ارتباط برقرار مي کنند.
مودمهاي PTT مانند مودمهاي short-haul عمل مي کنند با اين تفاوت که بافري دارند که ديتا را قبل از فرستادن ذخيره مي کند. با توجه به baud rate ميزان سرعت انتقال ديتا مشخص مي شود به عنوان مثال اگر مودم بتواند با ۱۴۰۰ baud   کار کند و در هر انتقال ۴ بيت داشته باشيم بايد سرعت انتقال ۹۶۰۰ bit/s باشد.
مدوله سازي :
سيگنالهاي ديتا بايد براي انتقال ديتا در انواع کابلها ، تغيير شکل پيدا کرده و سازگار شوند.سطح هاي ديجيتال براي کابل انتخابي مورد نظر به فرمي قابل خواندن تغيير داده شود.
سه نوع مدوله سازي وجود دارد:
۱- مدوله سازي فرکانس:
فرکانسهاي مختلفي براي انتقال سطوح ديجيتال ۰ و ۱ استفاده مي شود .
۲- مدوله سازي فاز:
براي انتقال سطوح ديجيتال ۰ و ۱ ازشيفت فازي ناگهاني سيگنال سينوسي حامل استفاده مي کند.اين روش معمول در مودمهاي  PTT  در شبکه هاي ارتباطي راه دور استفاده مي شود.
۳- مدوله سازي دامنه :
ازقدرت ودامنه سيگنال ارسالي براي نشان دادن سطح ۱و۰ استفاده مي کند.
۴- مدوله سازي دامنه و فاز:
ترکيبي است که اجازه انتقال بيتهاي بيشتري در هر baud  را ميدهد.
 

Handshaking  
Handshaking روشي براي تجهيزات ارتباط ديتا است تا بتوانند جريان ديتا بين دستگاه هايي که به شبکه متصل هستندرا کنترل کند. به خصوص در مواردي که يکي از دستگاه ها نسبت به بقيه کندتر باشند.
دونوع Handshaking وجوددارد:  نرم افزاري و سخت افزاري .
زماني را در نظر بگيريد که بين کامپيوتر و پرينتر ارتباط بر قرار کرده ايد . حال اگر بخواهيد اطلاعات را با سرعت بيشتري از آ نچه پرينتر چاب ميکند،بفرستيد.دستگاه پرينتر اين قابليت را دارد که اطلاعات اضافي را در يک بافر ذخيره کند.در اينجا هنگامي که بافر پر مي شود با  Handshaking نرم افزاري يا سخت افزاري ، کامپيوتر را از اين مساله آگاه کرد.
مثال ديگر در استفاده از مودم مي باشد . سرعت ديتا بين کامپيوتر و مودم معمولا بيشتر از ان است که خطوط تلفن پشتيباني مي کند بنابراين مودم بايد از اين روش استفاده کند تا به کامپيوتر اطلاع دهد با سرعت کمتري ديتا را انتقال دهد.
Handshaking نرم افزاري :
درمثال پرينتر با اين روش وقتي بافر پر مي شود کاراکتري را براي کامپيوتر ارسال ميکند(Xoff ).وقتي که بافر خالي شد کاراکتري براي کامپيوتر ارسال مي شود(Xon) تا انتقال ديتا ادمه پيدا کند.کاراکترهاي معمولي که در اين پروتکل استفاده مي شوند شماره ۱۷ اسکي(Xon) وشماره ۱۹ اسکي (Xoff) مي باشد.
 

Handshaking سخت افزاري:
به جاي استفاده از کارکترهاي اضافي در جريان ديتا،پروتکل RS-232  خطوط سخت افزاري اضافي بدين منظور در نظر گرفته است. رايج ترين خطوط استفاده شده RTS(Requet to send) و CTS(Clear to Send)  مي باشند.به عنوان نمونه وقتي که کامپيوتر مي خواهد با يک مودم ارتباط بر قرار کند:
۱- اگر کامپيوتر بخواهدديتا را انتقال دهدخط RTS  را از ۳+ به ۱۵+ افزايش مي دهد.(ديتا انتقال نيافته است)
۲- مودم تغييردر خط  RTS را تشخيص داده وهنگامي که آماده دريافت ديتا است خط CTS  را تغيير مي دهد.
۳- کامپيوترمنتظر ميماندکه اگر خط CTS  به سطح بالا تغييرکرد ديتا را انتقال دهد.
درهر نقطه اي که خطCTS  افت کند کامپيوتر انتقال ديتا را متوقف مي کند.
خط سخت افزاري که غالبا براي پرينترهاي سريال فوري استفاده مي شودخط DTR  است که به کامپيوتر اطلاع مي دهد انتقال ديتا را به دليل نبودن کاغذ متوقف کند.
سيگنالهاي سخت افزاري تنها براي روش Handshaking استفاده نمي شوند بلکه کاربردهاي ديگري نيز مي توانند داشته باشند.هنگامي که دوقطعه از يک دستگاه به طور ويژه اي ترکيب شده و سوئيچ خط انجام مي پذيردبراي اطمينان از اينکه هر قطعه سيگنال صحيح را درزمان صحيح دريافت کرده استفاده از اين روش کارگشا مي باشد.
 

مدل سيستمهاي باز open systems model
در تبادل ديتاي ديجيتال ، سيم بندي بين دو يا چند وسيله يکي از اولين گامها در برپايي يک شبکه است. همانند اين تجهيزات سخت افزاري ، نرم افزار نيز بايد آدرس دهي شود. مدل مرجع OSI شامل هفت لايه زير مي باشد:
لايه ۱ (لايه فيزيکي) : تعريف الکتريکي و مکانيکي سيستم
لايه ۲ (لايه پيوند ديتا data link) : قالب بندي و قالب تصحيح خطاي ديتا
لايه ۳ (لايه شبکه) : فرستادن بهينه پيغامها از يک شبکه به شبکه ديگر
لايه ۴ (لايه ارسال) : کانالي براي ارسال پيغامها از يک فرآيند کاربردي به ديگري
لايه ۵ (لايه ديدار Session layer) : سازمان دهي و همزمان سازي تبادل ديتا
لايه ۶ (لايه ارائه Presentation) : قالب ديتا و يا دوباره ارائه دادن
لايه ۷ (لايه کاربردي) : ارسال فايل ، تبادل پيغامها
 
مدل OSI به صورت مجموعه اي از وجودهايي همانند يک برنامه نرم افزاري که در هر يک از هفت لايه قرار داده شده اند قابل تصوير است. اين يک قالب کاري کلي را براي توليدکننده فراهم مي آورد که راه حلهاي ارتباطي خود که شامل لينکهاي ارتباطي سخت افزاري و پروتکلهاست را به صورت بسته (package) درآورد.
در دنياي ابزار دقيق ، اين مدل OSI به صورت زير ساده مي گردد:
لايه ۱ : لايه فيزيکي
لايه ۲ : لايه پيوند ديتا
لايه ۳ : لايه کاربردي

اين عمل به صورت ارزشمندي عملکرد يک سيستم کلي را ساده مي کند. شما توجه خواهيد داشت که يک لايه ديگر در بالاي ديگر لايه ها به آن اشاره شده که لايه کاربر (User layer) ناميده شده است.

اين لايه يک بخش از مدل OSI نيست ولي بخش مهمي از يک سيستم کلي است.
مثالهايي از چگونگي کاربرد اين لايه ها عبارتند از:
RS-232 و RS-485 مثالهايي از لايه فيزيکي هستند.
پروتکل Modbus مثالي از لايه پيوند ديتاست.
Ethernet شامل لايه هاي فيزيکي و پيوند ديتاست.
پروتکل ابزار دقيق هوشمند HART شامل هر سه لايه فيزيکي ، پيوند ديتا و کاربردي است.
Profibus و Foundation Profibus شامل هر سه لايه فوق است.



تاريخچه I2C  :
پروتکل I2C در اوايل دهه ۱۹۸۰ توسط شرکت Philips ابداع گرديد که هدف ابتدايي آن فراهم کردن راهي ساده جهت ارتباط يک CPU با تراشه هاي جانبي در يک دستگاه تلويزيون بود زيرا باسهاي سابق و موجود داراي تعداد خطوط زياد بود که سبب ازدحام در PCB مربوطه مي گرديد.
I2C طبق تعريف شرکت فيليپس مخفف Inter-IC   مي باشد که بيانگر هدف آن يعني فراهم آوردن يک لينک ارتباطي بين مدارات مجتمع مي باشد.
امروزه اين پروتکل به صورت عمومي در صنعت پذيرفته شده است و کاربرد آن از سطح تجهيزات صوتي و تصويري نيز فراتر رفته است. به گونه اي که امروزه در بيش از ۱۰۰۰نوع IC مختلف به کار گرفته شده است .

مزاياي باس براي طراح :
پروتکل I2C سبب سهولت و سرعت در طراحي مدارات مي گردد زيرا :
۱- بلوک دياگرام عملياتي کاملا” با IC  هاي واقعي مطابقت دارد  و طراح به سرعت مي تواند به شماتيک نهايي دست پيدا کند.
۲- نياز به طراحي رابط(interface) اضافي ندارد زيرا به صورتخدon-chip  وجود دارد و محاسبات مربوط به تطبيق امپدانس و … حذف مي گردد .

عتیقه زیرخاکی گنج