Comunicação Digital De Dados

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COMUNICAÇÃO DE DADOS TRANSMISSÃO DE DADOS Um sinal elétrico variável pode ser classificado, quanto ao modo de sua variação no tempo, em sinal analógico e sinal digital. Em telecomunicação, utiliza-se muito a Transmissão Analógica; já em Automação Industrial é mais comum encontrar-se a Transmissão Digital. Eng. Marcelo Saraiva Coelho Sinais analógicos são aqueles para os quais a variação de tensão pode assumir quaisquer valores de tensão entre um instante e outro, como por exemplo, um sinal elétrico entregue a um alto - falante por um amplificador de áudio. Sinais digitais são aqueles para os quais a variação de tensão é permitida dentro de certos valores discretos, ou seja, uma quantidade finita de valores entre dois instantes, como um sinal elétrico proveniente da leitura de um disco laser, por exemplo. Os sinais digitais podem ser binários, caso os valores discretos de tensão possíveis de serem assumidos sejam apenas dois, como é o sinal elétrico utilizando em Lógica Digital TTL que admite apenas dois níveis de tensão, 0v e 5v. 1 COMUNICAÇÃO DE DADOS TRANSMISSÃO DE DADOS Processo de Comunicação de Dados Componentes Transmissor Mensagem (Conjunto de Bits) Canal de Transmissão Protocolo de Comunicação Receptor Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. O processo de transmissão de dados pode ser dividido em 5 componentes: 2. Transmissor: Elemento que está originando a mensagem. 3. Mensagem: Dado a ser enviado. 4. Na codificação da informação em um formato digital é comum precisarmos de vários bits. Por exemplo, usando o código ASCII, precisamos de 8 bits para transferir uma única letra. 5. Canal de Transmissão: Meio físico por onde trafegará a mensagem. 6. A transmissão de dados digitais podem ser efetuadas em dois formatos: Serial: apenas um canal para transmissão da informação. Paralela: vários canais para transmissão da informação. 7. Protocolo de comunicação: Regras para que a comunicação seja estabelecida. 8. Receptor: Elemento que está recebendo a mensagem. 2 COMUNICAÇÃO DE DADOS TABELA ASCII Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. 3 COMUNICAÇÃO DE DADOS TRANSMISSÃO DE DADOS Formatos de Transmissão Transmissão Paralela Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. Na comunicação em paralelo, grupos de bits são transferidos simultaneamente(em geral, byte a byte) através de diversas linhas condutoras dos sinais. Desta forma, como vários bits são transmitidos simultaneamente a cada ciclo, a taxa de transferência de dados é alta. 2. No entanto, o processo de transferência em paralelo envolve um controle sofisticado e é razoavelmente complexo, o que o torna mais caro. Um dos problemas importantes diz respeito à propagação dos sinais no meio físico, isto é, no cabo de conexão entre o dispositivo e a interface. Essa propagação deve se fazer de modo que os sinais (os bits) correspondentes a cada byte cheguem simultaneamente à extremidade oposta do cabo, onde então serão reagrupados em bytes. Como os condutores que compõem o cabo usualmente terão pequenas diferenças físicas, a velocidade de propagação dos sinais digitais nos condutores poderá ser ligeiramente diferente nos diversos fios. Dependendo do comprimento do cabo, pode ocorrer que um determinado fio conduza sinais mais rápido (ou mais lento) que os demais fios e que desta forma um determinado bit x em cada byte se propague mais rápido e chegue à extremidade do cabo antes que os outros n-1 bits do byte. Este fenômeno é chamado skew, e as conseqüências são catastróficas: os bits x chegariam fora de ordem (os bytes chegariam embaralhados) e a informação ficaria irrecuperável. 3. Em decorrência desse problema, há limites para o comprimento do cabo que interliga um dispositivo ao computador, quando se usa o modo paralelo. 4. As restrições citadas contribuem para que a utilização da comunicação em paralelo se limite a aplicações que demandem altas taxas de transferência, normalmente associadas a dispositivos mais velozes tais como unidades de disco, ou que demandem altas taxas de transferência, como CD-ROM, DVD, ou mesmo impressoras, e que se situem muito próximo do núcleo do computador. Em geral, o comprimento dos cabos paralelos é limitado a até um máximo de 1,5 metro. 4 COMUNICAÇÃO DE DADOS TRANSMISSÃO DE DADOS Formatos de Transmissão Transmissão Serial Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. Na comunicação serial, os bits são transferidos um a um, através de um único par condutor. 2. Os bytes a serem transmitidos são serializados, isto é, são "desmontados" bit a bit, e são individualmente transmitidos, um a um. Na outra extremidade do condutor, os bits são contados e quando formam 8 bits, são remontados, reconstituindo os bytes originais . 3. Nesse modo, o controle é comparativamente muito mais simples que no modo paralelo e é de implementação mais barata. Como todos os bits são transferidos pelo mesmo meio físico (mesmo par de fios), as eventuais irregularidades afetam todos os bits igualmente. Portanto, a transmissão serial não é afetada por irregularidades do meio de transmissão e não há skew. No entanto, a transmissão serial é intrinsecamente mais lenta (de vez que apenas um bit é transmitido de cada vez). 4. Como os bits são transmitidos seqüencialmente um a um, sua utilização é normalmente indicada apenas para periféricos mais lentos, como por exemplo teclado, mouse, etc. ou quando o problema da distância for mandatório, como nas comunicações a distâncias médias (tal como em redes locais) ou longas (comunicações via linha telefônica usando modems). 5. Comparativamente, a transmissão serial tem recebido aperfeiçoamentos importantes (seja de protocolo, de interface e de meio de transmissão) que vem permitindo o aumento da velocidade de transmissão por um único par de fios, cabo coaxial ou de fibra ótica. Como o aumento da velocidade de transmissão em interfaces paralelas ocasiona mais skew, a tendência tem sido no sentido do aperfeiçoamento das interfaces seriais que hoje permitem taxas de transferência muito altas com relativamente poucas restrições de distância. Em microcomputadores, a interface USB - Universal Serial Bus permite hoje ligar até 128 dispositivos a taxas muito altas (centenas de kbps). 5 COMUNICAÇÃO DE DADOS MODOS DE TRANSMISSÃO Clock Quando transmitimos dados binários de forma serial entre dois dispositivos é necessário definir os limites de cada bit, isto é, é preciso colocar uma referência de tempo onde define-se o inicio e o fim deste. Opções Incluir um fio para transmissão do sinal de sincronismo(clock) Assumir que o transmissor e receptor tem o mesmo clock Misturar o sinal de dados com o sinal de sincronismo Transmissão Assíncrona O clock do circuito receptor é independente do sinal recebido, mas ajustado na mesma freqüência. Uso de delimitadores de quadros (START/STOP bits) Transmissão Síncrona O Clock do circuito receptor é sincronizado com o do transmissor a partir do sinal de dados recebido. Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. Dados seriais não são geralmente enviados de maneira uniforme através de um meio de transmissão. Há geralmente rajadas de regularmente espaçados bits de dados, seguidos por uma pausa, após a qual o fluxo de dados é retomado. 2. Para que o receptor saiba o momento apropriado para os bits no meio de transmissão, ele deve saber exatamente quando um pacote começa e quanto tempo há entre cada bit. 3. Quando esta informação é conhecida, podemos dizer que o receptor está sincronizado com o transmissor. 4. A sincronização é feita utilizando o sinal de CLOCK que deve estar presente na mesma freqüência, no transmissor e recepto, para que a mensagem seja corretamente transmitida. 5. Em uma transferência assíncrona, os clocks dos dispositivos transmissor e receptor são independentes, necessitando que existam bits que identifiquem quando uma transmissão vai ser iniciada e finalizada. 6. Em uma transmissão síncrona o clock do dispositivo receptor é ajustado a partir da informação recebida. 6 COMUNICAÇÃO DE DADOS MODOS DE TRANSMISSÃO Sincronismo Na transmissão serial dos caracteres ASCII "G" e "k“, observa-se que, dependendo do bit com o qual o Receptor considera iniciada a recepção, podemos ter uma incorreta interpretação do trem de dados; esse problema é conhecido como falha ou erro de sincronismo. Eng. Marcelo Saraiva Coelho Para evitar essas falhas de sincronismo é necessário que tanto Transmissor quanto Receptor estejam de acordo quanto ao início e término de uma unidade de informação. Para tanto, duas técnicas ou métodos foram criados: o sincronismo e o assíncrono. 7 COMUNICAÇÃO DE DADOS MODOS DE TRANSMISSÃO Modo de Sincronismo: Assíncrono Acrescenta, para cada caracter a ser transmitido, um bit de Espaço no início da transmissão, caracterizando a transição da linha de repouso para atividade.... Modo de Sincronismo: Assíncrono ...e outro bit de Marca ao final da transmissão, para garantir a caracterização de uma transição de linha em atividade para repouso Eng. Marcelo Saraiva Coelho Este tipo de sincronismo é característico de transmissões seriais; nele se necessita que seja definido um dos estados de tensão da linha como sendo de repouso e outro estado definido como de atividade. Tais estados em telegrafia são chamados, respectivamente, de Marca e Espaço, nomenclatura que vamos adotar daqui para frente. Marca é normalmente associada ao estado lógico "1", e representada por uma tensão positiva ou nula, enquanto Espaço é associado com o estado lógico "O" e representado por um valor de tensão negativo. Essa definição é importante pois os circuitos de hardware sabem que irá se iniciar uma transmissão quando o estado da linha mudar de Marca para Espaço. Note que o sincronismo existe apenas durante a transmissão de cada unidade transmitida, ou caracter. O bit de espaço no início da transmissão é chamado de "Start Bit" , o bit de Marca ao final é chamado de "Stop Bit", sendo muito comum utilizarem-se 2 ou 1,5 Stop Bits em transmissões seriais. Se você achou estranhou utilizar 1,5 bit como Stop Bit, observe que, para os circuitos de hardware, o bit representa um nível de tensão e um tempo (tempo de bit) de permanência dessa tensão; assim sendo, 1, 1,5 ou 2 Stop Bits representam tempos que os circuitos de hardware devem aguardar para considerar terminada a decodificação dos bits anteriormente recebidos. 8 COMUNICAÇÃO DE DADOS MODOS DE TRANSMISSÃO Modo de Sincronismo: Síncrono Pode ser utilizado tanto em transmissões seriais ou paralelas, exigindo a existência de um sinal especial, gerado pelo transmissor, que garanta o sincronismo entre o hardware do receptor, esse sinal é chamado de relógio, ou "clock", ou de sinal de Sincronismo, ou apenas "Sinc" Eng. Marcelo Saraiva Coelho Este tipo de transmissão pode ser utilizado tanto em transmissões Seriais quanto Paralelas; ele exige a existência de um sinal especial, gerado normalmente pelo Transmissor, que garanta o sincronismo entre os circuitos de hardware do Receptor, esse sinal é chamado de relógio, ou "clock", ou simplesmente de sinal de Sincronismo, ou apenas "Sinc" para abreviar. Este sinal garante a interpretação correta dos bits e mantém o sincronismo ao longo de toda a transmissão e não apenas durante o envio de um caracter, como é o caso da transmissão assíncrona. No caso das transmissões Seriais, costuma-se adotar ainda uma seqüência especial e bits chamada de moldura, ou "frame", antes da transmissão do pacote de dados propriamente dito, de modo a assegurar que os circuitos de hardware possam decodificar corretamente o pacote de dados pela simples identificação deste "frame". Com relação às vantagens e desvantagens de um método sobre outro, é fácil verificar que a transmissão síncrona exige ao menos uma via a mais no meio de comunicação para o sinal de sincronismo, o que aumenta os custos; por outro lado, a transmissão assíncrona, feita à mesma velocidade de uma síncrona, tende a ser menos eficiente porque insere ao menos dois bits por caracter transmitido. Tanto uma técnica quanto outra podem ser encontradas em um ambiente de automação. Em nosso curso daremos ênfase a transmissões Seriais assíncronas. 9 COMUNICAÇÃO DE DADOS MODOS DE TRANSMISSÃO Modos de Operação do Canal de Comunicação Simplex Fluxo único da estação de origem para o destino Half Duplex Fluxo duplo entre as estações, mas não simultâneo Full Duplex Fluxo simultâneo de informações Eng. Marcelo Saraiva Coelho No modo de operação Simplex, a comunicação só é permitida em um único sentido, a qualquer tempo; alguns exemplos: ligação entre uma Impressora e um Microcomputador; Sistema de TV e Rádio. No modo Half -Duplex, é permitida a comunicação em qualquer sentido, mas nunca simultaneamente, exemplos: mensagens Fax; Sistema de Rádio em aeronaves comerciais. No modo Full-Duplex, é permitida a comunicação simultânea em qualquer sentido. Um exemplo bem característico é o Telefone. Existem três Modos de Operação possíveis para um Sistema de Comunicação: Simplex (transmissão unidirecional) Half - Duplex (transmissão bidirecional nãosimultânea) e Full - Duplex (transmissão bidirecional simultânea). Alguns autores consideram ainda um quarto modo de operação, chamado de Multiplex, mas iremos considerá-lo mais como uma técnica especial do que um Modo de Transmissão. A técnica de multiplexação consiste na divisão do tempo de transmissão a cada usuário de modo que todos possam utilizar o canal de comunicação aparentemente ao mesmo tempo. 10 COMUNICAÇÃO DE DADOS VERIFICAÇÃO DE ERROS DE TRANSMISSÃO Alteração dos valores dos Bits Origem dos Erros de Transmissão Ruído: Branco / Térmico Impulsivo Distorções: Atenuação em Amplitude Retardo de Fase Deslocamento de Freqüência Técnicas de Detecção de Erro Eco Paridade, Checksum e CRC Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. Toda transmissão de dados é sujeita a erros. Por isso são necessários métodos de verificação de integridade da informação entre o transmissor e receptor. 2. Existem dois formatos básicos de ruído que afetam as redes de comunicação: o ruído branco e o ruído impulsivo. O ruído branco, também conheci do como ruído térmico, é provocado pela agitação dos elétrons nos condutores metálicos. Seu nível é função da temperatura, sendo uniformemente distribuído em todas as freqüências do espectro. Na prática, é mais danoso à comunicação de dados do que à de voz. 3. Já o ruído impulsivo é do tipo não contínuo, consistindo em pulsos irregulares de grandes amplitudes, sendo de difícil prevenção. A duração destes pulsos pode variar de alguns até centenas de milisegundos. É provocado por distúrbios elétricos externos ou por falhas em equipamentos (indução nos circuitos eletrônicos). O ruído impulsivo é o causador da maior parte dos erros de transmissão em sistemas de comunicação. 4. O objetivo de uma técnica de detecção de erro é habilitar o receptor de uma mensagem a determinar se a mensagem foi corrompida durante a transmissão com presença de ruído no canal de comunicação. 5. O eco é um método simples de verificação de erro, mas gera dobra o tráfego de dados e não permite a identificação do momento da ocorrência do erro. 6. Nas técnicas mais usadas o transmissor adiciona uma informação adicional, calculada a partir do conteúdo da mensagem. 7. O Receptor efetua o mesmo cálculo a partir do conteúdo da mensagem e compara o seu resultado com o valor calculado e enviado pelo transmissor. Se os resultados forem iguais a mensagem não foi corrompida na transmissão. 8. Estes esquemas não proporcionam um meio para corrigir o dado com erro recebido. Normalmente o receptor informa ao transmissor que houve um erro durante a transmissão e solicita o reenvio da mensagem. 11 COMUNICAÇÃO DE DADOS TÉCNICA DA PARIDADE O transmissor adiciona um bit a cada byte de dados transmitidos Paridade Par O número total de 1’s na palavra considerando-se o bit de paridade é par. Paridade Ímpar O número total de 1’s na palavra considerando-se o bit de paridade é ímpar. Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. Na técnica da paridade, o transmissor adiciona um bit a cada byte de dados transmitidos. 2. Este bit é calculado conforme o tipo de paridade convencionado, PAR ou ÍMPAR. 3. O receptor efetua o mesmo cálculo e compara o seu bit de paridade com o recebido na transmissão como forma de validação do byte recebido. 4. A paridade tem sido usada em sistemas com lentas taxas de transmissões de dados, pois é fácil e barata de implementar eletronicamente, no entanto esta técnica não consegue detectar variações de bits em quantidade par. 12 COMUNICAÇÃO DE DADOS TÉCNICA DA PARIDADE Paridade Par O número total de 1’s na palavra considerando-se o bit de paridade é par. Paridade Ímpar O número total de 1’s na palavra considerando-se o bit de paridade é ímpar. Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. Na técnica da paridade, o transmissor adiciona um bit a cada byte de dados transmitidos. 2. Este bit é calculado conforme o tipo de paridade convencionado, PAR ou ÍMPAR. 3. O receptor efetua o mesmo cálculo e compara o seu bit de paridade com o recebido na transmissão como forma de validação do byte recebido. 4. A paridade tem sido usada em sistemas com lentas taxas de transmissões de dados, pois é fácil e barata de implementar eletronicamente, no entanto esta técnica não consegue detectar variações de bits em quantidade par. 13 COMUNICAÇÃO DE DADOS TÉCNICA DA PARIDADE Exemplo de Verificaç Verificação de erros pelo mé método da PARIDADE Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. Na técnica da paridade, o transmissor adiciona um bit a cada byte de dados transmitidos. 2. Este bit é calculado conforme o tipo de paridade convencionado, PAR ou ÍMPAR. 3. O receptor efetua o mesmo cálculo e compara o seu bit de paridade com o recebido na transmissão como forma de validação do byte recebido. 4. A paridade tem sido usada em sistemas com lentas taxas de transmissões de dados, pois é fácil e barata de implementar eletronicamente, no entanto esta técnica não consegue detectar variações de bits em quantidade par. 14 COMUNICAÇÃO DE DADOS TÉCNICA DO CHECK SUM O transmissor adiciona um bloco de bits referente a soma dos bytes a serem transmitidos. Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. Na técnica do checksum, o transmissor adiciona um ou mais bytes a partir da soma do bloco de byte de dados a serem transmitidos. 2. Se o resultado da soma excede o número de bits reservados para o checksum, os bits excedentes são descartados. 3. O receptor efetua o mesmo cálculo e compara o seu resultado com o recebido na transmissão como forma de validação do bloco de dados recebido. 4. A vulnerabilidade aos erros em dois ou mais bits existente na técnica da paridade não existe na técnica do checksum, no entanto esta técnica está sujeita a não detectar determinados erros que provoquem alterações nos dados que mantenham o resultado da soma inalterada. 15 COMUNICAÇÃO DE DADOS TÉCNICA DO CRC – CYCLIC REDUNDANCY CHECKING O transmissor divide a mensagem por um valor binário de 16 bits predeterminado e adiciona o resto da divisão a mensagem a ser transmitida Mecanismo com maior eficiência na detecção de erros (maior que 99,9984%) Algoritmos diferem no polinômio base: CRC-16, CRC-CCITT, CRC-32 Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. A idéia básica dos algoritmos CRC é simplesmente tratar a mensagem como um enorme número binário, dividi-lo por um outro número binário fixo, fazendo o resto da divisão o “checksum”. 2. No recebimento da mensagem, o receptor efetua a mesma divisão e compara o resto com o “checksum” calculado pelo transmissor. 3. O quociente da divisão é fixo e conhecido pelo transmissor e receptor podendo ser de 8, 16 e até 32 bits sendo conhecido como polinômio base. 16 COMUNICAÇÃO DE DADOS CARACTERÍSTICAS DOS MEIOS DE TRANSMISSÃO Ruídos Eletromagnéticos O meio de transmissão a base de cobre é fonte e vítima de EMI. Interferência eletromagnética (EMI) é causada por campos eletromagnéticos gerados por tensões e correntes de equipamentos eletro-eletrônicos ou emissores de radio frequência. Lâmpadas fluorescentes, aquecedores, rádios, dispositivos eletrônicos, radares, motores, máquinas de solda, inversores de freqüência, fontes chaveadas. Formas de Acoplamento de Ruídos Acoplamento por Impedância Acoplamento capacitivo ou eletrostático Acoplamento indutivo ou magnético Radiação eletromagnética Diafonia (Crosstalk) é o acoplamento de energia entre condutores de um mesmo cabo ou entre cabos. Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. Em comunicação de dados são utilizados diversos tipos de meios de transmissão. Eles devem procurar proteger os dados que por eles trafegam. 2. Os meios baseados em condutores metálicos, principalmente em um ambiente industrial, são submetidos a indução de tensões que podem levar a perda da informação transmitida. 3. Os campos eletromagnéticos em torno de um meio de transmissão são a fonte de geração destas tensões espúrias. 4. O uso compartilhado de condutores de retorno podem levar a acoplamento de ruído entre dois circuitos. 5. A magnitude do ruído acoplado capacitivamente é proporcional a capacitância entre a fonte de ruído e o meio de transmissão e ainda à taxa de variação da tensão. 6. A magnitude do ruído acoplado indutivamente é proporcional a indutância mútua entre a fonte de ruído e o meio de transmissão e ainda à taxa de variação da corrente. 7. Quando a indução ocorre entre condutores de um mesmo cabo ou em cabos próximos, chamamos este fenômeno de diafonia ou crosstalk. Antigamente este fenômeno era comum a percepção deste problema em ligações telefônicas quando ouvíamos outras conversações. 17 COMUNICAÇÃO DE DADOS MEIOS DE TRANSMISSÃO - SEM FIO Uso da irradiação de ondas eletromagnéticas Rádio Infra-vermelho Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. Sistemas sem fio diferem de sistemas cabeados pelo uso da atmosfera como meio de transmissão de ondas eletromagnéticas. 2. Trata-se de uma tecnologia centenária no uso de transmissão de sinais analógicos de áudio e vídeo, mas relativamente recente para transmissão de dados digitais. 3. As ondas eletromagnéticas são caracterizadas por sua freqüência e comprimento de onda, sendo grandezas inversamente proporcionais. 4. A figura mostra o espectro eletromagnético, onde relaciona os comprimentos de onda da radiação eletromagnética com as suas respectivas designações como rádio/microondas, infra-vermelho, luz visível, ultra-violeta, raios X e raios gama. 5. Para a transmissão de dados digitais sem fio encontramos aplicações com ondas nas freqüências de rádio, microondas e infra-vermelho. 6. As ondas eletromagnéticas nas freqüências de rádio e microondas podem ser geradas por sinais de tensão e correntes alternadas aplicadas em antenas. 18 COMUNICAÇÃO DE DADOS MEIOS DE TRANSMISSÃO - SEM FIO Divisão do espectro de radio freqüência Uso licenciado Necessário registro junto a ANATEL Uso público Existência de faixas de freqüências de uso livre com potência limitada. RESOLUÇÃO ANATEL Nº 365, DE 10 DE MAIO DE 2004 902-907,5 MHz e 915-928 MHz 2400-2483,5 MHz e 5725-5850 MHz Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. Devido ao grande uso da radiofreqüência, o seu espectro é dividido em faixas com sua utilização regulamentada por órgãos governamentais, no caso do Brasil, a ANATEL. 2. As faixas do espectro mais conhecidas são: MF (Medium Frequency): Radiodifusão em AM VHF(Very High Frequency): Radiodifusão em FM e TV UHF(Ultra High Frequency): Telefone Celular, TV, Redes 3. A utilização de uma determinada freqüência deve ser licenciada junto a ANATEL que desta forma terá como controlar e impedir que outro usuário utilize esta mesma freqüência. 4. No entanto, em cada faixa do espectro, existem determinados intervalos de freqüências, chamados de ISM (Industrial, Science e Medical), para uso sem licenciamento, desde que sejam respeitados determinados limites de potência de transmissão. 19 COMUNICAÇÃO DE DADOS SISTEMA DE COMUNICAÇÃO SEM FIO Componentes Radio Modem Antena Cabeamento Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. A figura mostra um sistema de aquisição de dados, comumente chamada de SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), onde uma estação central coleta e envia dados a unidades remotas, chamadas de UTRs via enlaces de rádio. 2. Em cada unidade remota os dados são concentrados em controladores lógicos programáveis ou dispositivos microprocessados dedicados ao tipo de sistema supervisionado. 3. A transmissão dos dados digitais é efetuada por enlaces sem fio usando rádio modem e um sistema irradiante composto de antena, cabeamento e conexões. 4. A propagação dos sinais é efetuada com sinais de tensão senoidais, sendo a função do radio modem efetuar modificações nestes sinais , usando técnicas específicas, para codificar os dados digitais a serem transmitidos. 5. No momento da recepção, cabe ao radio-modem decodificar o dado digital a partir do sinal senoidal recebido pela antena. 6. Além de suas funções básicas, os rádios modem atuais permitem a configuração e diagnóstico local e remoto através de softwares dedicados. 20 COMUNICAÇÃO DE DADOS TÉCNICAS DE MODULAÇÃO Modulação Técnica empregada para modificar um sinal para o seu envio através de um canal de comunicação e posterior recuperação da sua forma original. Uso de equipamentos de MODulação e DEModulação (MODEM). Modulação Digital Executam algum tipo de codificação do sinal binário para evitar erros. Necessário meio físico para transmissão. Modulação Analógica Uso de onda portadora senoidal com determinada amplitude, freqüência e fase. Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. A modulação pode ser digital ou analógica. 2. Na modulação digital o sinal é transmitido em ondas quadradas, por variações bruscas de tensão, 3. O sinal está sujeita as atenuações e distorções intrínsecas dos meios de transmissão de cobre, limitando o alcance da transmissão de dados. Não é adequado para transmissões sem fio. 4. Pode ser repetido para aumentar a distância de transmissão, mas pode causar atrasos no sinal. 5. Os circuitos são econômicos, pois há uma grande variedade de componentes que lidam com ondas quadradas. 6. Na modulação analógica são usados sinais senoidais com determinada freqüência e amplitude, chamados de portadoras. 7. O sinal senoidal consegue alcançar maiores distâncias e pode ser amplificado em tempo real. 8. Tem um custo maior, devido ao uso de técnicas e circuitos complexos para codificar os dados digitais. 21 COMUNICAÇÃO DE DADOS TÉCNICAS DE MODULAÇÃO ANALÓGICA A técnica de Modulação consiste em executar uma modificação nas características de um sinal senoidal de acordo com a informação a ser transmitida. O sinal senoidal é chamado de Sinal Portador, ou "Onda Portadora", e o sinal da informação, de sinal Modulador; no caso da transmissão digital, o sinal modulador é simplesmente a informação binária. Um tipo de modulação bem simples é a chamada Modulação em Amplitude, vista na figura. Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. A técnica de modulação ASK modifica a amplitude da portadora de acordo com o bit a ser codificado. Semelhante a modulação usada em rádios AM e também presente na transmissão de dados em fibras óticas. Não é muito eficiente, pois variações de ganho no meio podem levar a erros de recepção. 2. A técnica FSK modifica a freqüência entre dois valores prédeterminados para codificar o sinal binário. Semelhante a modulação usada em rádios FM. 3. A técnica PSK, um pouco mais complexa, efetua modificações na fase do sinal transmitido, mantendo sua amplitude e freqüência constante. Bastante usada em transmissões usando linhas telefônicas. 22 COMUNICAÇÃO DE DADOS TÉCNICAS DE MODULAÇÃO ANALÓGICA Um outro tipo de modulação é chamado Modulação em Freqüência. A figura abaixo, mostra o método conhecido por FSK - Frequency Shift keying, ou Deslocamento de Freqüência por Chaveamento. Neste método utilizamos duas freqüências (ou tons) para representação do sinal binário. No exemplo, escolheu-se uma freqüência baixa para representar o nível lógico "0" e uma freqüência alta para representar o nível lógico "1". Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. A técnica de modulação ASK modifica a amplitude da portadora de acordo com o bit a ser codificado. Semelhante a modulação usada em rádios AM e também presente na transmissão de dados em fibras óticas. Não é muito eficiente, pois variações de ganho no meio podem levar a erros de recepção. 2. A técnica FSK modifica a freqüência entre dois valores prédeterminados para codificar o sinal binário. Semelhante a modulação usada em rádios FM. 3. A técnica PSK, um pouco mais complexa, efetua modificações na fase do sinal transmitido, mantendo sua amplitude e freqüência constante. Bastante usada em transmissões usando linhas telefônicas. 23 COMUNICAÇÃO DE DADOS TÉCNICAS DE MODULAÇÃO ANALÓGICA Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. A técnica de modulação ASK modifica a amplitude da portadora de acordo com o bit a ser codificado. Semelhante a modulação usada em rádios AM e também presente na transmissão de dados em fibras óticas. Não é muito eficiente, pois variações de ganho no meio podem levar a erros de recepção. 2. A técnica FSK modifica a freqüência entre dois valores prédeterminados para codificar o sinal binário. Semelhante a modulação usada em rádios FM. 3. A técnica PSK, um pouco mais complexa, efetua modificações na fase do sinal transmitido, mantendo sua amplitude e freqüência constante. Bastante usada em transmissões usando linhas telefônicas. 24 COMUNICAÇÃO DE DADOS TÉCNICAS DE MODULAÇÃO ANALÓGICA Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. A figura mostra como, em um mesmo meio (linha telefônica) podemos ter uma transmissão full-duplex, usando a técnica de modulação analógica FSK. 2. São usadas quatro ondas portadoras deslocadas igualmente de duas freqüências distintas para transmisão e recepção: 1170Hz e 2125Hz. 3. No transmissor os bits são codificados em 1070 e 1270 Hz. 4. No receptor os bits são codificados em 2025 e 2225 Hz. 25 COMUNICAÇÃO DE DADOS TÉCNICAS DE MODULAÇÃO DIGITAL Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. A técnica NRZ-L (Não retorno ao nível zero é a codificação mais simples, possui componente DC e não tem capacidade de sincronização, isto é, longas seqüências de “1” ou “0” trarão problemas de sincronismo entre transmissor e receptor. Uso eficiente da banda passante, pois no pior caso a freqüência do sinal será igual a quantidade de bits transmitidos por segundo. É usada em ligações curtas e velocidades baixas. 2. A técnica Bipolar não perde a capacidade de sincronização com longas cadeias de “1”, não possui componente DC, mas os circuitos devem manusear três níveis de tensão. 3. A técnica de codificação Manchester possui capacidade de sincronismo, não possui componente DC, é bastante usada, inclusive na rede ethernet a 10Mbps, mas precisa de duas transições no sinal para transmitir um único bit. 4. A técnica de codificação Manchester Diferencial é utilizada em meios de transmissão que utilizam sinais diferenciais como par trançado, obtendo maior imunidade ao ruído. 26 COMUNICAÇÃO DE DADOS TÉCNICAS DE MODULAÇÃO DIGITAL Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. Na técnica de codificação RZ (Return to Zero), o sinal possui três níveis de tensão (+, 0 e -). Para codificar o bit “1” o sinal assume um valor positivo e retorna a zero. Para codificar o bit “0” o sinal assume um valor negativo e retorna a zero. 2. Na técnica de codificação Manchester é efetuada uma operação ouexclusive entre os dados e o sinal de clock. Desta forma sempre há uma transição positiva (bit “1”) ou uma transição negativa (bit “0”) no centro de cada bit do sinal codificado. 3. Na técnica de codificação Manchester diferencial uma transição no inicio do bit representa um bit “0” e uma ausência de transição representa um bit “1”, mas sempre há uma transição no centro de cada bit do sinal codificado. 4. Procura-se com estas técnicas de codificação provocar variações no sinal transmitido, evitando que o sinal permaneça por muito tempo fixo em um determinado nível de tensão, dificultando a sincronização do clock do receptor. 27 COMUNICAÇÃO DE DADOS PADRÕES DE COMUNICAÇÃO SERIAL Um padrão de interface de comunicação serial define os detalhes elétricos e mecânicos que permitem que equipamentos de diferentes tipos e fabricantes sejam conectados e habilitados a trocarem dados entre si. Viabiliza a conexão entre dispositivos como PCs, CLPs, IHMs, rádios-modens, transdutores, transmissores e atuadores como inversores, soft-start e válvulas. Configuração, manutenção e comunicação de dados. Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. As interfaces de comunicação serial estão presentes em quase todos os equipamentos microprocessados, sejam de aplicação industrial ou não. 2. Em equipamentos como controladores lógicos programáveis, interfaces homem máquina, microcontroladores, modems e outros, somos obrigados a usar esta interface no momento da configuração inicial, eventual programação, manutenção e transferência de dados. 28 COMUNICAÇÃO DE DADOS PADRÕES DE COMUNICAÇÃO SERIAL Organizações de Padronização ISO: International Standards Organization ITU-T: International Telecommunications Union IEEE: Institute of Electrical and Electronic Engineers IEC: International Electrotechnical Comission RS: Electronic Industries Association ANSI: American National Standards Institute TIA: Telecommunications Industries Association Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. Há sete organizações mundiais ao redor do mundo envolvidas em especificar padrões e recomendações que afetam as comunicações de dados. 2. A ISO reúne membros de todos os países do mundo e concentra a coordenação da padronização internacionalmente. 3. A ANSI é a principal entidade de padronização dos EUA e é o braço da ISO naquele país. Ela é não governamental e é mantida por mais de 1000 organizações de comercio, associações profissionais e companhias. 4. A ITU é uma agencia especialista da ONU. Ela consiste em representações de organizações ligadas a equipamentos e serviços de telecomunicações, telégrafos e correio. Os seus padrões são conhecidos como ITU-T V.xx. 5. A RS é uma organização voluntária de padronização dos EUA especializada nas características elétricas e funcionais de equipamentos de interface. Desde 1998 a RS e TIA se fundiram. A TIA representa o setor de telecomunicações da RS. 6. A IEC é um órgão de padronização internacional afiliada a ISO. Concentrada em padronização do setor elétrico, ela é seguida na Europa e na maioria dos países ocidentais, inclusive no Brasil, mas enfrenta resistências nos EUA e seus seguidores. 7. A IEEE é uma sociedade profissional dos engenheiros elétricos nos EUA e emite seus próprios padrões, normas e práticas profissionais. 29 COMUNICAÇÃO DE DADOS PADRÕES DE COMUNICAÇÃO SERIAL RS – 232 (EIA-232X) Criada na década de 60, já com várias revisões, para comunicação entre computadores e modens. Velocidades baixas (19,2kbps) e distâncias curtas (15m) entre dois dispositivos. RS – 485 (EIA-485) Velocidades altas (10Mbps) e ligações longas (1,2km) entre dois ou mais dispositivos. Outros RS – 422 / RS – 449 / RS – 530 / RS - 562 Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. O padrão RS-232 foi bastante difundido após seu uso para comunicação dos computadores padrão PC com seus periféricos. 2. Já em ambientes industriais, o padrão RS-485 tem sido mais utilizado por possibilitar a ligação de mais dispositivos, a maiores taxas de transmissão de dados e maiores distâncias. 3. O padrão RS-422 é semelhante ao RS-485 mas com limitação no número de dispositivos. 4. O RS-449 foi lançado em 1977 como um sucessor do RS-232 com maior velocidade e distancia, além de maiores opções para testes de modens. Contudo não conseguiu superar a popularidade do RS-232. 5. O RS-530 foi lançado em 1992, como uma opção aos usuários do RS422 e RS-485. 6. O RS-562 foi lançado em 1992, como uma opção ao RS-232 adequada a tecnologia dos chips que utilizam 3,3V, habilitando os sistemas a terem maiores velocidades, baixo consumo de energia e menor tamanho. 30 COMUNICAÇÃO DE DADOS TIPOS DE LINHAS DE TRANSMISSÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. A escolha entre linhas de transmissão balanceada e desbalanceada é uma consideração importante quando selecionando um sistema de comunicação de dados. 2. Em sistemas desbalanceados, o sinal de referência é simultaneamente compartilhado por vários sinais e outros circuitos eletrônicos. O sinal transmitido é a tensão entre o condutor de sinal e o condutor de referência, ou terra. 3. Na prática sistemas desbalanceados som nte funcionam sobre enlaces de comunicação curtos como os usados em RS-232 e RS-423. 4. O problema dos sistemas desbalanceados é que o condutor comum pode capturar ruídos excessivos e não ter o mesmo potencial em todos os pontos do circuito. 5. Interfaces de comunicação balanceadas necessitam de dois condutores para transmitir cada sinal. A tensão no receptor é medida como tensão diferencial (VA VB) entre estes dois fios. 6. Estas linhas permitem maiores taxas de transmissão sobre maiores distâncias. Este método de transferir dados é o preferido em aplicações industriais onde o ruído pode ser o maior problema. A desvantagem é que um sistema balanceado necessita de dois condutores para cada sinal. 7. A transferência com sucesso de sinais de tensão sobre dois condutores na presença de ruídos e quedas de tensão é baseado na assunção que os condutores tem características similares e serão afetados igualmente. Não significa que o ruído não exista nestes sistemas, e sim que as tensões subirão e descerão igualmente nos dois condutores, mantendo a mesma diferença. 31 COMUNICAÇÃO DE DADOS TRANSMISSÃO BALANCEADA e DESBALANCEADA Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. A tensão entre o condutor de sinal e o sinal comum é chamada de tensão de modo comum (CMVA e CMVB). 2. O CMV é a indicação da tensão induzida ou ruído na linha de comunicação. Idealmente as CMV nos dois fios se cancelarão completamente 32 COMUNICAÇÃO DE DADOS RS/TIA-232 (V.24) Este padrão especifica o método de conexão de dois dispositivos: DTE e DCE. DTE refere-se ao equipamento terminal de dados, por exemplo, um computador. DCE refere-se ao equipamento de comunicação de dados como um modem. Um DTE comunica-se com um DCE. Um DCE recebe dados de um DCE e os retransmite a outro DCE via um enlace de comunicação de dados como uma linha telefônica ou rádio. Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. A aplicação original do padrão RS-232 é para a comunicação de um computador (DTE) com um modem (DCE). 2. Hoje o RS-232 é usado para vários tipos de comunicação envolvendo dois dispositivos. 1. O RS-232 está presente somente entre o DTE e DCE. 2. Entre os DCEs outras especificações são usadas. 33 COMUNICAÇÃO DE DADOS RS/TIA-232 (V.24) Consiste de três partes principais Características elétricas dos sinais Aspectos mecânicos como pinagem e conectores. Os nomes e funções de cada sinal usado no enlace. 22 Sinais Linhas de Dados Linhas de Controle Linhas de Temporização Funções especiais secundárias Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. O conector DB-25 não foi especificado pelo RS-232, mas tornou-se um padrão de fato. 2. A revisão E do padrão apresentou um conector de 26 pinos, chamado de ALT-A como opção ao DB-25. Ele é menor satisfazendo a demanda por conectores adequados aos modernos computadores. 3. Em equipamentos onde não há a necessidade dos sinais de controle ou da totalidade deles, o conector DB-9 é utilizado. 4. A utilização do DB-9 surgiu quando a IBM decidiu fazer um adaptador combinado serial paralelo para o computador pessoal AT. Um pequeno conector foi necessário para permitir que duas interfaces coubessem em um cartão de interface padrão ISA. 5. Após isto o conector DB-9 passou a ser utilizado para evitar o desperdício de pinos quando as aplicações só necessitam dos sinais de dados. 6. A alocação da pinagem é diferente no DB9 e DB25 e nos DTE’s e DCE’s. 34 COMUNICAÇÃO DE DADOS RS/TIA-232 (V.24) Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. Em eletrônica digital estamos acostumados a usar a tensão de +5 volts para representar o nível lógico ALTO e zero volts para o nível lógico BAIXO. 2. No padrão RS-232 temos níveis de tensão totalmente diferentes para os dados que trafegam nos terminais TD e RD. 3. O nível lógico ALTO ou “MARK” é produzido com tensões entre -5 e -25 volts. No receptor, tensões entre -3 e -25 volts são entendidas como nível lógico ALTO. 4. O nível lógico BAIXO ou “SPACE” é produzido com tensões entre +5 e +25 volts. No receptor, tensões entre +3 e +25 volts são entendidas como nível lógico ALTO. 5. Sinais entre a região de –3 e +3 volts são indefinidos e levam a perda de dados, portanto há uma margem mínima de ruído de 2 volts entre os transmissores e receptores. 6. As tensões dos terminais TD e RD são medidas em relação ao terminal de referência ou terra (ground). Este topologia é chamada de linhas DESBALANCEADAS. 7. Com linhas longas os sinais de tensão são deteriorados. O padrão assegura o seu funcionamento até distâncias de 15 metros, contudo um cálculo preciso deve levar em consideração a capacitância mútua do cabo utilizado. 1. As linhas de controle utilizam as mesmas faixas de tensão, contudo não há a inversão, ou seja, tensões positivas representam níveis lógicos ALTOS. 35 COMUNICAÇÃO DE DADOS RS/TIA-232 (V.24) Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. A utilização de tensões diferentes do padrão TTL requer que os equipamentos eletrônicos utilizem drivers para cada sinal. 2. Estes drivers são circuitos integrados (MAX 232) que efetuam a interface entre o microprocessador e porta de comunicação. 36 COMUNICAÇÃO DE DADOS RS/TIA-232 (V.24) Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. A configuração dos cabos de comunicação do padrão RS-232 pode levar a pequenos enganos. 2. O cabo padrão, com conectores iguais nas duas terminações, interliga os pinos com a mesma numeração nos terminais do DTE e DCE. Contudo, estaremos interligando o pino TD (2) do DTE ao pino RD (2) do DCE. 1. Quando os conectores são diferentes, o cabo padrão é construído através da interligação dos sinais definidos pelo padrão. 2. Observe que o pino TD (2) continua ligado ao pino RD (3) do DCE, embora tenha numerações diferentes, trata-se ainda de um cabo padrão. 1. Para comunicação entre CLPs e PCs ou entre quaisquer dois dispositivos DTE o cabo padrão não pode ser utilizado. 2. Devemos usar um cabo com ligações cruzadas, chamado de NULLMODEM ou modem nulo. 3. Este cabo simula a inversão de dados efetuada pelo modem, quando não utilizamos este dispositivo. 4. Dependendo do equipamento pode ser necessária ou não o uso dos sinais de controle de fluxo. 37 COMUNICAÇÃO DE DADOS RS/TIA-232 (V.24) Taxa de Transmissão Limitações do RS-232 O padrão RS-232 limita a velocidade a 20kbps. Restrito a comunicação entre dois dispositivos. Velocidades típicas: 300, 1200, 2400, 9600, 19200 bps. A velocidade é limitada pelo velocidade de transição máxima de 30V/us para evitar indução eletromagnética nos demais canais do cabo de comunicação. Comprimento do Cabo Limitado pela capacitância do cabo Provoca alterações nas transições entre os níveis de tensão de +25 e -25V. Capacitância total deve ser menor que 2500pF. Comprimento de 15m para cabos com 160pF/m. Limitação de distância de 15 metros. A taxa de 19,2kbps é baixa. Os níveis de tensão de -3/25V e +3/+25V não são diretamente compatíveis com modernas fontes de alimentação Velocidades menores permitem maiores distâncias. Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. Devemos lembrar que a tensão gerada por indução eletromagnética é tão maior quanto maior for a taxa de variação do campo magnético. 2. As variações bruscas de tensão e corrente encontradas no momento da transição entre os bits “0” e “1” induzem tensões espúrias nos condutores próximos. 3. O padrão RS-232 limita a velocidade desta mudança para evitar problemas de sinais espúrios nas linhas de dados próximas. 4. Ao limitarmos esta taxa de variação estamos limitando a largura do bit e a conseqüente quantidade de bits possíveis de serem transmitidos em um segundo. 38 COMUNICAÇÃO DE DADOS RS/TIA-232 (V.24) Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. O padrão RS-232 não trata do formato do dado a ser transmitido, mas é comum na transmissão de dados seriais, byte a byte, de forma assíncrona, a presença dos seguintes bits delimitadores: - START bit : Informa que a transmissão vai iniciar e ativa o clock do receptor. - MESSAGE bits: Byte de dados iniciando pelo bit menos significativo. - PARITY bit : Bit de paridade. Par, Impar ou nenhum. - STOP bit : Informa o fim da transmissão. São 1 ou 2 bits para permitir a resincronização do receptor. 2. A eficiência deste tipo de transmissão é de 73% já que são trans mitidos onze bits par um byte de informação. 39 COMUNICAÇÃO DE DADOS RS/TIA/EIA-485 Também especificado no IEEE 8482.1993 Comparação com RS-232 Menor custo dos transmissores e receptores. Conexão de até 32 dispositivos. (possível até 256). Distâncias de até 1200 metros. Taxas de transmissão até 10 Mbps. Relação Distância x Data Rate A principal razão do RS-485 transmitir a longas distâncias é o uso de linhas balanceadas, devido a sua maior imunidade ao ruído. Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. O padrão EIA-485A é um dos mais versáteis dos padrões de interfaces seriais da EIA. É uma extensão do EIA-422 e permite a mesma distância e velocidade, mas aumenta o número de transmissores e receptores permitidos na linha. 2. O EIA-485 permite a montagem de uma rede de comunicação sobre dois fios habilitando uma comunicação serial de dados confiável com: - Distâncias de até 1200 metros (4000 pés) - Velocidades de até 10Mbps - Até 32 nós na mesma linha de comunicação. 3. Com dispositivos com menor consumo que o especificado e repetidores é possível chegar a 256 nós na rede. 4. Comparando com o RS-232 encontramos um menor custo devido a possibilidade de uso de fontes de alimentação assimétricas, enquanto que o RS-232 exige o uso de fontes simétricas nos transmissores e receptores. 1. A máxima taxa de transmissão de dados e o máximo comprimento não podem, no entanto, serem alcançados ao mesmo tempo. 2. Para um cabo par trançado 24 AWG a taxa máxima é de 90 kbps em 1200 metros (4000 ft). 3. O máximo comprimento de cabo a 10Mbps é menor que 6 metros (20 ft). 4. Melhores desempenhos demandam cabos especiais e possivelmente o uso de terminadores ativos em substituição aos resistores de 120 ohms. 40 COMUNICAÇÃO DE DADOS RS/TIA/EIA-485 Sinais Elétricos do Padrão RS-485 Presença de sinais complementares VA e VB. No Transmissor: |VA - VB|>1,5V No receptor: VA-VB > 0,2V Nível Lógico 0 VA-VB < -0,2V Nível Lógico 1 Margem de Ruído: 1,3V Tensão de Modo Comum: -7V a +12V. Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. Os transmissores geram tensões diferenciais entre -1,5 e -6 volts no terminal A em relação ao terminal B para sinalizarem um bit 1 (MARK). 2. Os transmissores geram tensões diferenciais entre +1,5 e +6 volts no terminal A em relação ao terminal B para sinalizarem um bit 0 (SPACE). 3. A figura mostra que a sinalização dos transmissores geralmente é efetuada usando níveis de tensão 0 e 5V complementares. 4. O receptores medem a diferença de tensão entre os terminais A e B e entendem tensões acima de 0,2 volts como recepção de nível lógic o 0. 5. Recepção de tensões abaixo de -0,2 volts são traduzidas como recepção de nível lógico 1. 6. Portanto tensões diferenciais entre -0,2 e 0,2 não são identificadas como sinal válido. 7. As tensões medidas entre os terminais A e GND ou B e GND (modo comum) devem estar entre -7 e +12 volts. 8. Além do dois estados lógicos, um transmissor RS-485 pode operar em um terceiro estado, chamado de “tri-state” ou alta impedância. Este estado é conhecido com estado desabilitado e pode ser iniciado por um pino de controle no seu circuito integrado. 9. Operação em “tri-state” permite que, em uma rede, apenas um dispositivo esteja ativo em cada momento. 41 COMUNICAÇÃO DE DADOS RS/TIA/EIA-485 Conexão RS-485 Half-Duplex Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. A figura mostra uma típica rede RS-485 com apenas dois fios. 2. Cada elemento tem um circuito gerador e receptor de sinais. A comunicação é half duplex, isto é, apenas um circuito pode estar ativo de cada vez. Este controle é feito pelo terminal ENABLE. 3. O terminal ENABLE coloca os circuitos que não devem estar participando da transmissão em TRI -STATE. 4. Resistores de terminação são necessários nos elementos extremos da rede para minimizar os efeitos de reflexão de dados devido a capacitância e indutância da linha de transmissão. 5. Um terceiro fio (terra) é lançado junto com as linhas de sinal para garantir que as tensões de referência não apresentem variações acima do permitido. Resistores são usados no aterramento para limitar a circulação de correntes devido a diferenças de potencial entre as referências de aterramento dos dispositivos. 42 COMUNICAÇÃO DE DADOS RS/TIA/EIA-485 Conexão RS-485 Full-Duplex Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. A figura mostra a conexão de quatro dispositivos em uma rede RS-485 com quatro fios. 2. Cada elemento tem um circuito gerador e receptor de sinais. A comunicação é full duplex, isto é, podemos ter uma transmissão e recepção de dados ao mesmo tempo. 3. Na configuração a quatro fios, um dispositivo deve ser designado como mestre e o seu circuito gerador será interligado aos circuitos receptores dos demais dispositivos, chamados de escravos. 4. O Nó mestre comunica com todos os escravos, mas um nó escravo pode comunicar somente com o nó mestre. Desde que o nó escravo nunca escuta a resposta de outro nó escravo ao mestre, um escravo não pode responder incorretamente a outro nó escravo. 5. O pino GND de um transceptor RS-485 deveria ser conectado a referência lógica (também conhecido como terminal terra ou terminal comum), ou diretamente ou através de um resistor 100 ohms (1/2 watt). O propósito do resistor é limitar a corrente se houver uma diferença de potencial significante entre os pontos de aterramento. 6. Em adição, a referência lógica deve ser conectada a referência do chassi (terra de proteção) através de um resistor de 100 ohms (1/2 watt). A referência do chassi, por sua vez, é conectado diretamente ao aterramento de segurança ou aterramento do sistema elétrico. 7. Se os aterramentos dos nós são adequadamente interconectados, então um terceiro fio em paralelo com os fios A e B não é necessário. No entanto, geralmente este não é o caso e, deste modo, um terceiro fio deve ser adicionado. Se o terceiro fio é adicionado, um resistor de 100 ohms deve ser adicionado em cada terminação como mostrado na figura. 43 COMUNICAÇÃO DE DADOS RS/TIA/EIA-485 Topologia de Rede no RS-485 Cabos no RS-485 Recomendados cabos par trançado (Belden) ou triaxial com 1 ou dois pares de fios 24 AWG com impedância característica de 120 Ω. Conectores no RS-485 Não há especificações de conectores, pinagens e cabos. Pinos identificados como A e B ou TX+ e TX-. Deve-se apenas garantir que o ponto A esteja sempre conectado ao ponto A de todos os elementos da rede. Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. Os cabos utilizados em ambientes industriais adiciona ao par trançado a blindagem dupla com folha de alumínio e malha de cobre com conector dreno. 2. A proteção por folha fornece uma proteção contra ao ruído acopla do capacitivamente, enquanto que a blindagem protege contra o ruído acoplado magneticamente. 3. Estes cabos podem ser chamados de triaxiais. 4. Durante a instalação, o cabo deve ser desencapado somente o necessário para efetuar a conexão, sem expor o par de fios fora do conector. 1. O padrão RS-485, ao contrário do RS-232, não especifica conectores, cabos e pinagens. Os dispositivos possuem apenas quatro ou dois terminais e algumas vezes um terceiro terminal para um fio terra. 2. A identificação é feita utilizando os terminais A e B ou TX+, TX-, RX+ e RX-. 3. Podem ser usados conectores DB-9 ou bornes com parafusos. O conector DB-9 não é muito utilizado devido a dificuldade de fazer as derivações em um dispositivo localizado em uma posição intermediária da rede. 4. Um erro comum em montagens de rede RS-485 é a troca da ligação entre os terminais A e B de dispositivos distintos. 44 COMUNICAÇÃO DE DADOS RS/TIA/EIA-485 Eng. Marcelo Saraiva Coelho 45 COMUNICAÇÃO DE DADOS RS/TIA/EIA-485 Protocolo de Comunicação Protocolo de comunicação NÃO é especificado no padrão. O usuário deve especificar o seu próprio protocolo. Exemplos: Modbus, DH-485, DNP 3. Controle de Acesso ao Meio Comando RTS para colocar o transmissor e receptor em TRI-STATE ou Sensores automáticos que habilitam e desabilitam o transmissor após a transmissão de um caractere fim de transmissão. Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. Em nenhum momento o padrão RS-485 especifica como os dados serão enviados, como será controlado o acesso ao meio e como serão detectados os erros de transmissão. 2. Podemos enquadrar o padrão RS-485 como um protocolo da camada física dentro do modelo OSI. 3. Cabe ao usuário desenvolver um protocolo ou utilizar um pré-existente de forma a efetuar as ações de controle de inicio e fim de transmissão, detecção de erros, acesso ao meio e etc. 46 COMUNICAÇÃO DE DADOS RS/TIA/EIA-485 Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. São encontrados no mercado circuitos integrados transceptores, como MAX 232 e DS75176, dedicados a implementar interfaces de comunicação nos padrões RS-232 e RS-485 respectivamente. 2. Estes CIs são os principais componentes dos conversores de interfaces seriais conforme podemos observar na figura. 3. Eles também estão presentes nas interfaces de comunicação de microcontroladores como 8051 e família PIC. 4. A isolação ótica da interface de comunicação é interessante em linhas de comunicação com distancias significativas e previne a queima dos microprocessadores em caso de sobretensões de origem atmosférica. Esta isolação está presente dentro dos circuitos integrados mais recentes. 47 COMUNICAÇÃO DE DADOS RS/TIA/EIA-485 Inversores de Freqüência em Rede Eng. Marcelo Saraiva Coelho 1. A figura mostra o exemplo de uso de uma rede RS-485 para inversores de freqüência, modelo CFW-09 da WEG. 2. O fabricante mostra detalhes da ligação do cabo, aterramento e terminação. 3. O protocolo das demais camadas do modelo OSI, viabilizando uma troca de dados, é o Modbus. 4. O dispositivo mestre da rede é um PLC ou PC com porta de comunicação RS-485, habilitado a comandar os inversores (ligar, desligar, mudar velocidade e sentido de rotação) e monitorar o seu funcionamento (tensão, corrente, potência, frequencia, etc). 48