Анализ интерфейсов, применяемых для работы контролера

Содержание

	

	Реферат…………………………………………………………………………….2

	Введение…………………………………………………………………………...5

	1 Описание контроллера К40……….……………………………………...…….8

	2 Анализ интерфейсов, применяемых для работы контролера 
К-40…………………………………………………………………………….…12

	2.1 Описание интерфейса RS-485………………………………………………12

	2.2 Описание работы интерфейса CAN………………………………………...17

	2.3 Описание работы интерфейса SPI………………………………………….24

	2.4 Взаимодействие блока К40 с внешними устройствами с использованием рассмотренных интерфейсов……………………………………………...…….29

	3. Анализ работы контроллера К40 с внешними устройствами………...……32

	3.1 Внешняя установка адреса и режим тестирования………………..………32

	3.2 Подключение внешних устройств к контроллеру К40……………………33

	4 Описание работы модернизированного блока К40 по принципиальной схеме……………………………………………………………………………...34

	5 Описание работы модернизированного блока К40 по функциональной схеме……………………………………………………………………………...38

	6 Перераспределение функций между процессорами контроллера К40.........41

7 Расчеты параметров CAN интерфейса….……………………………………43

7.1 Задачи расчета, ограничения и область применения………………….......43

7.2 Расчет напряжения электромагнитной помехи……………………………44

7.3 Расчет краевых искажений……………………………………….…………53

7.4 Расчет формата кадра………………………………………….…………….55

7.4.1 Методика расчета длины кадра…………………………………….……..55

7.5 Расчет потребляемой мощности модернизированного блока К40…….....58

7.6 Расчет теплового режима модернизированного блока К40………………60

7.7 Расчет надежности модернизированного блока К40……………………...65

7.7.1 Расчет и анализ безотказности……………………………………………65

7.7.2 Расчет и анализ долговечности и сохраняемости………………..……...70

8 Обеспечение безопасных условий труда на рабочем месте инженера-проектировщика…………………………………………..….…………………..75

8.1 Анализ вредных и опасных производственных факторов на рабочем месте инженера-проектировщика………..…………………………………………….76

8.2 Мероприятия по устранению вредных и опасных производственных факторов……………………………………………………………………….…79

8.3 Расчет искусственного освещения рабочего места инженера-проектировщика……………………………………………………………...….84

8.4 Мероприятия по обеспечению пожарной безопасности………..………...85

Заключение………………………………………………………………………88

Список используемых источников……………………………………………..89

Список сокращений……………………………………………………………...91



































Введение



Специальные организационно - технические системы (СОТС) - это системы, состоящие из средств автоматизации определенного вида и нескольких видов деятельности людей и персонала, осуществляющего эту деятельность.

СОТС производственного назначения осуществляют сбор информации с объекта управления, передают, преобразуют и обрабатывают ее, формируют управляющие команды и выполняют их на управляемом объекте, то есть те функции, которые поддаются автоматизации. Человек определяет цели и критерии управления и корректирует их, когда изменяются условия, в частности, выполняет функции надзора за работой автоматизированных устройств, а в случае необходимости, изменяет программу их работы (задания) и принимает общие решения по управлению в измененных или сложных ситуациях. Одной из таких систем является система "Цирконий-С2000".

Интегрированная система безопасности (ИСБ) "Цирконий-С2000" используется в качестве системной основы для создания централизованных комплексов безопасности объектов различного назначения, в том числе расположенных на пространственно разнесенных территориях. Система обеспечивает разграничение и контроль доступа персонала внутри объекта, разграничение и контроль доступа к пультам управления, охрану периметров объектов и расположенных на территории объекта зданий, сооружений, зон (помещений), а также информационное взаимодействие с системами охранного телевидения.

Компьютеры, образующие станционную аппаратуру системы,  объединяются в локальную вычислительную сеть (ЛВС) Ethernet. Функциональные возможности каждого компьютера определяются составом программного обеспечения, установленного на нем.



В общем случае система позволяет организовать:

сервер базы данных (СБД), обеспечивающий централизованное хранение, защиту и использование информации системы;

управляющий компьютер (УК), к которому через коммуникационные комплекты подключены магистрали связи для обмена информацией с контроллерами в реальном масштабе времени;

автоматизированное рабочее место (АРМ) охраны, обеспечивающее в круглосуточном режиме дежурным сотрудникам службы безопасности интерфейс по оперативному контролю и управлению периферийной аппаратурой с приоритетным отображением тревожных сообщений;

АРМ административного уровня для обеспечения всех подготовительных информационных операций, необходимых для работы системы, и проведения аналитической работы по событиям в системе: изменения состояния технических средств, действия абонентов, действия операторов АРМ.

Количество компьютеров в системе не регламентируется. В минимальной конфигурации все функции станционной аппаратуры системы совмещаются на одном компьютере. Частным случаем такой возможности является совмещение функций АРМ охраны с УК на одном компьютере.

Каждый УК поддерживает обмен информацией с контроллерами по 16 магистралям связи по интерфейсам CAN или ЦПКУ-04. Интерфейс ЦПКУ-04 обеспечивает совместимость с ранее разработанными контроллерами К20, изделиями "Терминал", устройства программирования доступа (УПД).

 Отличительные особенности (преимущества):

Функция "Antipassback": постоянный контроль последовательности прохождения точек доступа по всей территории объекта, в том числе в условиях действия дестабилизирующих факторов (открывание аварийных дверей, отключение точек доступа).

Помимо правила "2…6" лиц имеется возможность задавать по каждой зоне список вскрывающих, что ограничивает доступ в зоны, находящиеся под охраной.

Список разрешенных точек доступа индивидуально по каждому объекту с возможностью задания периода действия разрешения по каждой точке доступа, в том числе с рабочих мест уполномоченных объектов с помощью УПД.

Программирование реакций системы на регистрируемые события, связанные с изменением состояния технических средств или действиями абонентов.

Унифицированный интерфейс подключения сервисов, что упрощает процесс подключения оборудования различных производителей.

Инструментальные средства для проектирования сложных алгоритмов управления техническими средствами.

Горячее резервирование управляющих компьютеров.

Дистанционный контроль средств обнаружения.

Использование любого сочетания тактик управления охраной помещений (автоматического, централизованного, децентрализованного).

 

 

 

















1 Описание контроллера К40



	Комплект К40 предназначен для функционирования в составе системы контроля и управления доступом "Цирконий-С2000" в качестве контроллера по магистрали CAN (Controller Area Network) длиной до 5 км. Для расширения функциональных возможностей в комплекте предусмотрено подключение по интерфейсу RS-485 до семи расширителей адресных (РА).

Комплект устойчив к воздействию электромагнитных помех в соответствии с требованиями ГОСТ Р 50009-2000 для второй степени жесткости. Индустриальные помехи, создаваемые комплектом, не превышают норм ГОСТ Р 50009-2000 для применения в промышленных зонах.

Комплект обеспечивает круглосуточную эксплуатацию в шкафах участковых. Диапазон рабочих температур окружающей среды - от минус 40 до плюс 50 0С. Повышенная относительная влажность воздуха – до 98 % при температуре 25 0С. 

Комплект работоспособен при напряжении электропитания от 20 до 30 В.

Электропитание комплекта осуществляется от основного и резервного источников питания.

	Максимальный ток потребления - не более 50 мА.

Блок К40 является неотъемлемой частью системы контроля и управления доступом (СКУД) "Цирконий С2000". Структурная схема СКУД "Цирконий С2000" представлена в графической части. Из схемы видим, что СКУД использует локальную вычислительную сеть (ЛВС) Ethernet. К ЛВС подключаются управляющие компьютеры и сервер базы данных. Эти устройства образуют высший уровень системы. К ним относятся автоматизированные рабочие места администратора системы, отдела кадров и отдела бюро пропусков. Доступ к системе имеет только администратор, именно он может менять структуру системы. Отдел кадров осуществляет мониторинг за посетителями объекта, и производит фиксирование всех действий абонентов системы. Бюро пропусков осуществляет выдачу пропусков на объект или в соответствующие закрытые помещения объекта.

Для передачи данных в ЛВС от комплектов К40 используется специальное устройство "Адаптер–С". Это устройство передает информацию, полученную от четырех комплектов линейной аппаратуры CAN. Каждый комплект может состоять из 31 блока К40, которые подключаются по витой паре с интерфейсом CAN по топологии "общая шина", т.е. каждый блок подключается в сеть параллельно. К каждому блоку К40 подключается до восьми шлейфов охранной сигнализации. Каждый блок может управлять работой до восьми внешних устройств, и двумя proximity–считывателями. Функциональные возможности каждого блока расширяются за счет подключения к нему до семи адресных расширителей. Расширитель адресный подключаются по витой паре по интерфейсу RS-485. К каждому РА можно подключить до восьми шлейфов охранной сигнализации, до пяти внешних устройств и один proximity–считыватель.

Из всего вышесказанного, следует, что даже одним комплектом линейной аппаратуры можно охватить огромную территорию. Можно установить доступ во многие помещения, установить в них охранную сигнализацию. К каждому адаптеру подключается четыре таких комплекта, а адаптеров, подключаемых к ЛВС может быть сколь угодно много, следовательно, возможности системы по контролю доступа на объект или в помещения ограничивается только объемом памяти сервером базы данных и функциональными возможностями управляющих компьютеров.

Целью данного дипломной работы является замена блока К40 на более современный и более надежный блок, называемый модернизированным блоком К40. Необходимость модернизации возникла не из-за неустойчивой работы блока К40, а из-за ужесточения требований, предъявляемых заказчиком к работе в различных климатических условиях. Для обеспечения неизменной работы системы "Цирконий С2000" функции блока К40 необходимо сохранить. В данной дипломной работе будет произведено перераспределение всех функций контроллера. Перераспределение функций производится из-за сокращения элементной базы внутри контроллера. Сокращение элементной базы производится с целью повышения надежности блока. Надежность блока К40 была удовлетворительной, но в более суровых климатических условиях, этой надежности не хватает для решения поставленных задач контроля доступа и охраны объекта.

При удалении из схемы контроллера одного из процессоров и перераспределение его функций на оставшийся, сокращается время выполнения операций, уменьшается вероятность ошибки, соответственно повышается надежность всего блока.

В данной дипломной работе будут произведены соответствующие расчеты для подтверждения всего вышесказанного.ernetмы видим, что СКУД использует локальную вычислительную сеть еотъемлимой частьюзуются для открывания турникета на вход, в

Целью дипломной работы является модернизация существующего контроллера К40, с целью сокращения элементной базы, и в результате повышения надежности его работы.

После проведенного анализа, можно сделать вывод о возможности упрощения схемы контроллера с сохранением осуществляемых им функций. Проведение данных изменений стало возможным с продвижением технического прогресса. Если в годы проектирования и создания блока К40, необходимая последовательная память была недоступна (из-за её слабых функциональных возможностей, малого объема памяти), то сейчас, использование этой памяти стало возможным и является наиболее выгодным, нежели использование параллельной. Из-за применения параллельной флэш-памяти, разработчикам пришлось использовать еще один микропроцессор, который соединял все внешние устройства с центральным процессором (ЦП) посредством CAN интерфейса. Большинство портов центрального процессора были заняты для обеспечения взаимодействия с памятью, с помощью них задается и адрес, и команды, и производится запись и считывание. Применение последовательной памяти позволило освободить порты ЦП, а, следовательно, возможность подключения к ним всех внешних устройств с которыми ранее работал PIC процессор.

 После изменения схемы, а именно, удаление из схемы процессора PIC, а вместе с ним и элементов необходимых для обеспечения заданной работы этого процессора (кварцевый резонатор, резисторы, конденсаторы), а также замену параллельной флэш-памяти на последовательную, необходимо выполнить следующие задачи:

		перераспределить функции между элементами контроллера;

		обеспечить взаимодействие периферийных устройств с контроллером;

		формировать формат кадра приемо-передатчиков и разработать алгоритм обслуживания внешних устройств микропроцессором Motorolla;

		рассчитать тепловой режим и надежность предлагаемого модернизированного блока К40.

Эти задачи необходимо выполнить для обеспечения необходимой работы контроллера в заданных климатических условиях и при заданных режимах работы.



























2 Анализ интерфейсов, применяемых для работы контролера К-40



Микропроцессор применяемый в контролере К-40 обладает следующими интерфейсами работы с внешними устройствами: RS-485, CAN, SPI.



Описание интерфейса RS-485



RS-485 — полудуплексный многоточечный последовательный интерфейс передачи данных. Передача данных осуществляется по одной паре проводников с помощью дифференциальных сигналов. Разница напряжений между проводниками одной полярности означает логическую единицу, разница другой полярности — ноль.

Стандарт RS-485 совместно разработан двумя ассоциациями: Ассоциацией электронной промышленности (EIA — Electronics Industries Association) и Ассоциацией промышленности средств связи (TIA — Telecommunications Industry Association). Ранее EIA маркировала все свои стандарты префиксом «RS» (Рекомендованный стандарт). Многие инженеры продолжают использовать это обозначение, однако EIA/TIA официально заменил "RS" на "EIA/TIA" с целью облегчить идентификацию происхождения своих стандартов. На сегодняшний день, различные расширения стандарта RS-485 охватывают широкое разнообразие приложений.

В стандарте RS-485 для передачи и приёма данных часто используется единственная витая пара проводов. Процедуры совместного использования линии передачи требуют применения определённого метода управления направлением потока данных. Наиболее широко распространённым методом является использование сигналов RTS (Request To Send) и CTS (Clear To Send).





Рекомендованные стандарты передачи данных для RS-485:

Стандарт RS-485 оговаривает только электрические характеристики, физический уровень (среду), но не программную платформу.

Стандарт RS-485 не оговаривает: 

возможность объединения несимметричных и симметричных цепей;

параметры качества сигнала, уровень искажений (%);

методы доступа к линии связи;

протокол обмена;

аппаратную конфигурацию (среда обмена, кабель);

типы соединителей, разъёмов, колодок, нумерацию контактов; 

качество источника питания (стабилизация, пульсация, допуск); 

отражённость, уровень сигнала (reflect).

Электрические и временные характеристики интерфейса RS-485:

32 приёмопередатчика при многоточечной конфигурации сети (на одном сегменте, максимальная длина линии в пределах одного сегмента сети: 1200 метров). 

Только один активный передатчик. 

Максимальное количество узлов в сети – 250 с учётом магистральных усилителей. 

Характеристика скорость обмена/длина линии связи (зависимость экспоненциальная): 

62,5 кбит/с 1200 м (одна витая пара); 

375 кбит/с 300 м (одна витая пара); 

500 кбит/с; 

1000 кбит/с; 

2400 кбит/с 100 м (две витых пары); 

10000 кбит/с.



RS-485 используют в промышленных автоматизированных системах управления технологическим процессом (АСУ ТП) для соединения контроллеров и другого оборудования. Главное отличие RS-485 от также широко распространенного RS-232 – возможность объединения нескольких устройств. 

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

Скорость и дальность 

RS-485 обеспечивает передачу данных со скоростью до 10 Мбит/с. Максимальная дальность 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 с входным сопротивлением 1/2, 1/4, 1/8 от стандартного. При использовании таких приемников общее число устройств может быть увеличено соответственно до: 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, клеммные соединители и т.д. 





Рисунок 1 - Схема подключения



На рисунке 1 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 на основе 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. В условиях повышенных внешних помех применяют кабели с экранированной витой парой, при этом экран кабеля соединяют с защитной "землей" 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 витой пары 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 смонтированы в самом устройстве и для подключения резистора нужно установить перемычку. В этом случае при отсоединении устройства линия рассогласовывается, и для нормальной работы остальной системы требуется подключение согласующей заглушки.

Уровни сигналов 

Интерфейс RS-485 использует балансную (дифференциальную) схему передачи сигнала. Это означает, что уровни напряжений на сигнальных цепях А и В меняются в противофазе, как показано на приведенном ниже рисунке 2:



Рисунок 2 - Схема передачи сигнала



Передатчик должен обеспечивать уровень сигнала 1,5 В при максимальной нагрузке (32 стандартных входа и 2 терминальных резистора) и не более 6 В на холостом ходу. Уровни наряжений измеряют дифференциально, один сигнальный провод относительно другого. 

На стороне приемника RS-485 минимальный уровень принимаемого сигнала должен быть не менее 200 мВ. 



 Описание работы интерфейса CAN



CAN (Controller Area Network) – это последовательный протокол связи с эффективной поддержкой распределения контроля в реальном времени и очень высоким уровнем безопасности.
Основное назначение: организация передачи информации в сложных условиях, таких как среды с высоким уровнем различного рода помех. Этот протокол передачи применяется в автомобильной электронике, машинных устройствах управления, датчиках при передаче информации со скоростями до 1 Мбит/сек.

Данный интерфейс – это последовательная магистраль, обеспечивающая увязку в сеть "интеллектуальных" устройств ввода/вывода, датчиков и исполнительных устройств некоторого механизма или даже предприятия. Характеризуется протоколом, обеспечивающим возможность нахождения на магистрали нескольких ведущих устройств, обеспечивающих передачу данных в реальном масштабе времени и коррекцию ошибок, высокой помехоустойчивостью. Система CAN обеспечена большим количеством микросхем, обеспечивающих работу подключенных к магистрали устройств, разработку которых начинала фирма BOSH для использования в автомобилях, и в настоящее время широко используемых в автоматизации промышленности. Назначение выводов разъема приведена на рисунке 3.





Рисунок 3 – Назначение выводов разъема



Таблица 1 - Характеристика интерфейса CAN

Стандарт

ISO 11898

Скорость передачи

1 Мбит/с (максимум)

Расстояние передачи

1000 м (максимум)

Характер сигнала, линия передачи

дифференциальное напряжение, скрученная пара

Количество драйверов

64

Количество приемников

64

Схема соединения

полудуплекс, многоточечная



Данный интерфейс предназначен для организации высоконадежных недорогих каналов связи в распределенных системах управления. Интерфейс широко применяется в промышленности, энергетике и на транспорте. Позволяет строить как дешевые мультиплексные каналы, так и высокоскоростные сети. 

Скорость передачи задается программно и может быть до 1 Мбит/с. Пользователь выбирает скорость, исходя из расстояний, числа абонентов и емкости линий передачи.







Таблица 2 - Скорость передачи в зависимости от расстояния

Расстояние, м

25

50

100

250

500

1000

2500

5000

Скорость, Кбит/с

1000

800

500

250

125

50

20

10



Максимальное число абонентов, подключаемых к данному интерфейсу фактически определяется нагрузочной способностью применяемых приемопередатчиков. Например, при использовании трансивера фирмы PHILIPS PCA82C250 она равна 110. 

Протокол CAN использует оригинальную систему адресации сообщений. Каждое сообщение снабжается идентификатором, который определяет назначение передаваемых данных, но не адрес приемника. Любой приемник может реагировать как на один идентификатор, так и на несколько. На один идентификатор могут реагировать несколько приемников. 

Протокол CAN обладает развитой системой обнаружения и сигнализации ошибок. Для этих целей используется поразрядный контроль, прямое заполнение битового потока, проверка пакета сообщения CRC-полиномом, контроль формы пакета сообщений, подтверждение правильного приема пакета данных. 

Система арбитража протокола CAN исключает потерю информации и времени при "столкновениях" на шине. 

Интерфейс с применением протокола CAN легко адаптируется к физической среде передачи информации. Это может быть дифференциальный сигнал, оптоволокно, просто открытый коллектор и т.п. Несложно делается гальваническая развязка. 

Протокол CAN можно разделить на следующие уровни:

объектный уровень;

канальный уровень;

физический уровень.

Объектный и канальный уровни включают весь сервис и функции передачи данных определяемых ISO/OSI моделью. Область объектного уровня включает:

Поиск сообщений для передачи. 

Фильтрация сообщений, полученных от канального уровня 

Обеспечение связи между прикладным уровнем и аппаратными средствами.

Объектный уровень можно реализовывать различными способами.

Область канального уровня главным образом - протокол передачи, т.е. управление кадрами, выполнение арбитража, проверка и сигнализация ошибок, типизация ошибок. Внутри канального уровня решается, является ли шина свободной для начала новой передачи. Все что находится внутри канального уровня, не имеет никакой свободы к модификации.

Область физического уровня – фактическая передача бит между различными узлами. Внутри одной сети физический уровень должен быть одинаков для всех узлов. Физический уровень можно реализовать различными способами.

Основные характеристики протокола:

каждое сообщение имеет определенный приоритет; 

существуют гарантированные времена ожидания; 

гибкость конфигурации; 

групповой приём с временной синхронизацией; 

система непротиворечивости данных; 

multimaster; 

обнаружение и сигнализация ошибок; 

автоматическая ретрансляция разрушенных сообщений;

различие между временными ошибками и постоянными отказами узлов и автономное отключение дефектных узлов.

Информация по шине посылается в фиксированном формате сообщений различной, но фиксированной длины. Когда шина свободна, любой узел может начать передачу нового сообщения.

Информационная маршрутизация.

В CAN нет никакой информации относительно конфигурации сети (например, адреса узла). Это имеет несколько важных следствий:

Гибкость системы:

Узел может быть добавлен в CAN – сеть, без каких-либо изменений в программном или аппаратном обеспечении, какого-либо узла в сети.

Маршрутизация сообщений:

Содержание сообщения определяется идентификатором. Идентификатор не указывает адреса сообщения, а описывает значение данных так, чтобы все узлы сети были способны решить фильтрацией сообщений, нужны им эти данные или нет.

Передача группе:

Как следует из фильтрации сообщений, любое число узлов может одновременно получать и реагировать на одно и то же сообщение.

Непротиворечивость данных:

Внутри сети CAN гарантировано, что сообщение принято всеми узлами или ни одним узлом.

Скорость передачи информации

Скорость передачи информации в CAN – сети может быть различной для каждой сети. Однако в каждой конкретной сети скорость передачи информации фиксирована.

Приоритеты

Идентификатор и RTR – бит определяют статический приоритет сообщения в течение доступа к шине.

Удаленный запрос данных.

Посылая кадр удаленного запроса данных, узел может потребовать данные от другого узла. Кадр данных и кадр удаленного запроса данных должны иметь одинаковый идентификатор.

Multimaste.

Когда шина свободна, любой узел может начать передачу сообщения. Доступ к шине получает узел, передающий кадр с наивысшим приоритетом.

Арбитраж.

Когда шина свободна, любой узел может начать передачу сообщения. Если два или больше узла начинают передавать сообщения в одно и тоже время, конфликт при доступе к шине будет решен поразрядным арбитражем используя идентификатор и RTR - бит. Механизм арбитража гарантирует, что ни время, ни информация не будут потеряны. Если кадр данных и кадр удаленного запроса данных начинают передаваться в одно время, то кадр данных имеет более высокий приоритет, чем кадр удаленного запроса данных. В течение арбитража каждый передатчик сравнивает уровень переданного бита с уровнем, считываемым с шины. Если эти уровни одинаковы, узел может продолжать посылать данные дальше. Если был послан уровень лог. "1" (recessive), а с шины считан уровень лог. "0" (dominant), то узел теряет право дальнейшей передачи данных и должен прекратить посылку данных на шину.

Безопасность.

Чтобы достичь высокой безопасности передачи данных, приняты мощные меры нахождения ошибок, сигнализации ошибок и самотестирование в каждом CAN - узле.

Обнаружение ошибок.

Для обнаружения ошибок приняты следующие меры:

текущий контроль (передатчики сравнивают уровни битов, которые переданы, с уровнями на шине); 

побитовое заполнение;

проверка кадра сообщения.

Эффективность обнаружения ошибок.

Механизмы обнаружения ошибок имеют следующие возможности:

обнаружение всех глобальных ошибок 

обнаружение всех локальных ошибок передатчиков 

обнаружение до 5 случайно распределённых ошибок в сообщении 

обнаружение последовательной группы ошибок длиной до 15 

обнаружение любого числа нечетных ошибок в сообщении

Общая остаточная вероятность ошибки для необнаруженных, разрушенных сообщений, меньше чем: скорость появления ошибки 4.710-11.

Сигнализация ошибки и время восстановления.

Разрушенные сообщения помечаются узлом, обнаружившим ошибку. Такие сообщения прерываются и будут переданы снова. Время восстановления от обнаружения ошибки до начала следующего сообщения в большинстве случаев равна 29 – это время передачи одного бита, если не имеется никаких дальнейших ошибок.

Типизация ошибок.

Узлы CAN способны отличить временные ошибки от постоянных отказов. Дефектные узлы будут отключены.

Соединения.

Линия связи по протоколу CAN – это шина, к которой может быть подключён ряд узлов. Количество узлов не имеет никакого теоретического предела. Фактически количество узлов будет ограничено временами задержек и/или электрической нагрузкой на линии шины. Способ, которым выполнена шина, не установлен в данной спецификации. Например, это может быть одиночный провод (+земля), два дифференциальных провода, оптическое стекловолокно.

Уровни шины.

Шина может принимать одно из дополняющих друг друга значений: "dominant" и "recessive". В случае одновременной подачи "dominant" бита и "recessive" бита, возникающее в результате значение шины будет "dominant".
При этом считаем, что "recessive" – это  лог. "1", а "dominant" = "0").

Подтверждение.

Все приёмники проверяют непротиворечивость принимаемого сообщения и подтверждают непротиворечивое сообщение.

Режим "сна" / пробуждения.

Чтобы уменьшить потребляемую мощность системы, узел CAN может быть переведен в режим "сна". Режим "сна" заканчивается при любом действии на шине или внутреннем состоянии системы. При пробуждении запускается внутренняя синхронизация, канальный уровень ждёт стабилизации генератора системы, а затем будет ожидать самосинхронизации к действиям на шине (синхронизация к действиям на шине заканчивается после принятия последовательности 11 битов с лог. "1"). Для пробуждения узла из режима покоя может использоваться некоторое сообщение пробуждения со специальным идентификатором.



Описание работы интерфейса SPI



SPI (Serial Peripheral Interface) – последовательный периферийный интерфейс, шина SPI – последовательный синхронный стандарт передачи данных в режиме полного дуплекса, разработанный компанией Motorola для обеспечения простого и недорогого сопряжения микроконтроллеров и периферии. SPI также иногда называют четырёхпроводным интерфейсом.

SPI является синхронным интерфейсом, в котором любая передача синхронизирована с общим тактовым сигналом, генерируемым ведущим устройством (процессором). Принимающая периферия (ведомая) синхронизирует получение битовой последовательности с тактовым сигналом. К одному последовательному периферийному интерфейсу ведущего устройства-микросхемы может присоединяться несколько микросхем. Ведущее устройство выбирает ведомое для передачи, активируя сигнал "выбор кристалла" на ведомой микросхеме. Периферия, не выбранная процессором, не принимает участие в передаче по SPI.

SPI является наиболее распространенным интерфейсом обмена данными между микросхемами. Интерфейс работает по схеме "подчиненный-ведущий". В роли ведущего выступает микроконтроллер, также может быть программируемая логика, специализированная ИС или DSP контроллер. В качестве подчиненных могу выступать: 

		запоминающие устройства такие как EEPROM, Flash память, SRAM;

		часы реального времени RTC;

		АЦП, ЦАП;

		цифровые потенциометры;

		другие микроконтроллеры и др.

Главными составными блоками последовательного интерфейса SPI являются сдвиговой регистр, сигнал синхронизации, сигнал ввода/вывода. SPI можно также назвать протоколом обмена данными от одного сдвигового регистра к другому, каждый их этих сдвиговых регистров одновременно играют роль, как передатчике, так и приемника. Но для того чтобы этот интерфейс правильно работал нужен сигнал синхронизации шины. Функцию генерации тактового сигнала или сигнала синхронизации берет на себя ведущее устройство и от него полностью зависит работа подчененных устройств.  

Подключение устройств по протоколу SPI

По интерфейсу SPI существует 3 основных способа подключения, в каждом таком способе используются 4 сигнала. 

В SPI используются четыре цифровых сигнала:

MOSI или SI — выход ведущего, вход ведомого. Служит для передачи данных от ведущего устройства ведомому.

MISO или SO — вход ведущего, выход ведомого. Служит для передачи данных от ведомого устройства ведущему.

SCLK или SCK – последовательный тактовый сигнал. Служит для передачи тактового сигнала для ведомых устройств.

CS или SS – выбор микросхемы, выбор ведомого.

Самый простой способ подключения включает всего две микросхемы. В этом случае ведущее устройство осуществляет передачу данных по линии MOSI, передачи осуществляется синхронно вместе с сигналом SCLK, который также генерируется ведущим устройством. На другой стороне подчиненное устройство осуществляет прием данных, прием осуществляется по определенным фронтам сигнала синхронизации. Одновременно с этими операциями передаются данных ведомого устройства (направления потока информации показаны на рисунке стрелками). Если обратная связь не предусматривается устройством, т.е. если в ответных данных от ведомого устройства нет необходимости, то линию MISO можно исключить. Передача данных в одну сторону осуществляется на таких микросхемах как цифровые потенциометры, драйверы и программируемые усилители. Для них требуется три или четыре линии связи.  

Для того чтобы подчиненное устройство начало не только принимать, но и передавать данные, необходимо не только наличие сигнала синхронизации, но, и чтобы линия SS имела "низкое" состояние. Если линия будет иметь другой уровень, то передачи данных ведомым устройством будет не возможна.  Для корректной работы подчиненного устройства необходимо чтобы линия SS соединяла ведущее устройство и ведомое, как показано на рисунке 4: 



Рисунок 4 – Соединение ведущего и ведомого устройства

В случае подключения нескольких устройств к одной шине SPI, можно использовать независимое подключение или параллельное, а можно каскадное или последовательное. Независимое (параллельное) подключение используется чаще. На рисунке 5 в схеме все линии соединены па.......................