Законы последовательного соединения: законы последовательного соединения проводников — Школьные Знания.com

Законы последовательного соединения — презентация онлайн

1. Законы последовательного соединения

Сила тока
Iобщ = I1 = I2
Сопротивление Rобщ=R1+R2
Напряжение
Uобщ=U1+U2

2. Как соединены лампочки в гирлянде?

3. Что произойдет если одна из лампочек перегорит?

4. Что произойдет если одна из лампочек перегорит?

Освещение в квартире

5. Тема урока: Параллельное соединение проводников.

4 ноября
Тема урока:
Параллельное соединение
проводников.
Подготовил учитель физики
МОУ «Школа-лицей №1» г.Алушты
Успаленко Игорь Николаевич

6. Параллельное соединение проводников.

Все электроприборы
включены в электрическую цепь
параллельно!
Как включается в цепь амперметр?
1 2
0
A
15 Ом
0
A
1
2
Как
подключен
потребителю?
вольтметр
Параллельно?
5
0
V
10
к

9. — Сила тока измеряется амперметром (подключается последовательно) — Напряжение измеряется вольтметром (включается параллельно)

Параллельное соединение- это соединение
при котором все входящие в него проводники
одним своим концом присоединены к одной
точке (т. А), а вторым к другой (т.В).
А
В
Если выкрутить одну из ламп, цепь не разомкнется и
вторая лампочка не перестанет светиться.

12. Законы параллельного соединения

U1=U2=U
a
b
Напряжение на каждой ветви
одинаково и равно напряжению
на неразветвленной части цепи

13. Законы параллельного соединения

I1+I2=I
Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме
сил токов в каждой ветви

14. Законы параллельного соединения

I
U
Т.к.
R1
a
R2
I1
I2
то
b
Сокращаем на U, получим:
или
пусть сопротивления всех n резисторов одинаковы и равны R1,
Величина, обратная участку параллельного
тогда:
соединения, равна сумме величин , обратных
Откуда
сопротивлениям ветвей.
n слагаемых

15. Законы соединений

Последовательное
Параллельное
Разные
Iобщ = I1 = I2
Iобщ = I1 + I2
Uобщ = U1 + U2
Uобщ = U1 = U2
Rобщ = R1 + R2
0
1
2
Определите тип соединения
резисторов.
Комбинированное или смешанное.
A
5
0
V
1
2
3
10

17. Определите тип соединения

1.
2.
3.
4.
5.
Параллельное
Неправильное
Последовательное
Перпендикулярное
Косое
Определите тип соединения
1.Параллельное
2.Вертикальное
3.Последовательное
4.Смешанное
Определите тип соединения
1.Параллельное
2.Последовательное
3.Вертикальное
4.Перпендикулярное
Определите тип соединения
1.Параллельное
2.Вертикальное
3.Последовательное
4.Смешанное
Определите тип соединения
1.Параллельное
2.Последовательное
3.Вертикальное
4.Перпендикулярное
5.Смешанное
0
A
1
2
В
установке
использованы
две
одинаковые
лампы.
Вычислите
сопротивление каждой лампы и их
общее
сопротивление.
Вычертите
принципиальную схему этой цепи.
5
0
V
10
0
1
2
В
установке
использованы
две
одинаковые
лампы.
Вычислите
сопротивление каждой лампы и их
общее
сопротивление.
Вычертите
принципиальную схему этой цепи.
A
5
0
V
10

24. ПРАВИЛЬНО!

дальше
НЕПРАВИЛЬНО!
назад
МОЛОДЕЦ!!!
Гринченко А.А.

примеры параллельного и последовательного соединения

В электрических цепях для разных условий могут применяться различные типы соединений:

• если с одного края два провода подключены к одной точке, а со второго – к другой, это будет параллельное соединение проводников;
• если провода соединяются вместе, и затем два свободных конца подсоединяются к источнику энергии и нагрузке, то это будет последовательное соединение проводников;
• последовательное и параллельное соединение проводников являются основными видами подключений, а смешанное соединение проводников – это их совокупность.

Параллельное соединение проводов

Большинство бытовых приборов подключается параллельно. Почему? Ответ на этот вопрос на самом деле очень простой, если смотреть на это через призму существующих законов электротехники.

Параллельное соединение

Все электрические устройства обладают своими номинальными параметрами. Номинальное напряжение обычно является напряжением сети/питания, присутствующее на каждой ветви параллельной цепи. Поэтому имеет смысл подключать нагрузки параллельно. Дополнительным преимуществом является то, что если одно устройство не работает, все остальные устройства будут продолжать работать.

Для домашней разводки проводов

Вся бытовая мощность распределяется посредством параллельного подключения. Электроприборы могут быть соединенными и разъединенными, но при этом все они получат рабочее напряжение, которое необходимо для равномерной работы.

Параллельное соединение проводников обладает рядом других преимуществ:

• Удобство индивидуального контроля над приборами. При этом можно использовать отдельные выключатель и предохранитель для каждого устройства;
• Независимость от других приборов, в то время как любая неисправность в цепи приведет к остановке всех устройств последовательного соединения.

Последовательный тип подключения проводников

Часто бытовые приборы потребляют разную мощность, в результате чего на каждом из них получается свое падение напряжения. Для многих устройств оно становится выше нормируемого, и это делает невозможным их работу. Примером для рассмотрения может служить последовательная цепь с такими разными резистивными нагрузками, как водонагреватель 1,8 кВТ и настольная лампа 25 Вт. Для обогревателя мощности будет так мало, что он никогда не сможет работать в таких условиях.

Для информации. Известно, что на новогодней гирлянде лампы соединены последовательно. И если одна лампочка перегорит, то вся елка становится темной. При разрыве соединения в любом месте ток перестает течь по всей линии. Чтобы подобное не происходило в домашней электрической разводке, бытовые розетки и вся техника подключаются параллельно, а не последовательно.

Смешанный тип подключения проводников

Все бытовые приборы однофазного напряжения подключаются таким способом, чтобы сбалансировать нагрузку на электрическую сеть и предотвратить перегрузку. Это касается такой маломощной техники, как лампы, тостеры, холодильники, магнитофоны, стиральные машины, кондиционеры, компьютеры, мониторы, чайники, телевизоры, фены, розетки.

Более мощная бытовая техника, как электропечи, тэны, некоторые посудомоечные машины и кондиционеры, подключается преимущественно отдельной линией в параллели.

Все цепи оснащаются либо предохранителями (на 16 А или 20 А), либо автоматическими выключателями с соответствующей токовой нагрузкой. Розетки в ванных комнатах (согласно правилам электроустановок) требуют использования УЗО или дифференциальных автоматических выключателей, так как вода может вызвать нежелательные токи утечки, которые могут быть смертельными.

Квартирная разводка

Для замены кабелей

Если нет необходимого сечения кабеля для передачи высокой мощности, можно провести кабельную линию из нескольких кабелей, рассчитанных на меньшие токи. В нескольких проводах будет течь такой же ток, как в одном кабеле более большого сечения. Такая замена широко применяется для прокладки кабельных линий для больших нагрузок и расстояний. Выбор сечения кабелей осуществляется расчетным путем при проведении проверки по потере напряжения, допустимому длительному току и короткому замыканию. От правильности выбора напрямую зависит безопасность объекта.

Разные способы проводки применяются для достижения желаемой цели, с использованием имеющихся ограниченных ресурсов. Законы последовательного и параллельного соединения проводников дают возможность избежать ошибок при расчетах электрических схем.

Важно! Надлежащее исполнение последовательной или параллельной проводки – обязательное требование при производстве любых электромонтажных работ.

Основы электротехники

Закон Ома

Зная два физических параметра цепи (например, ток и напряжение), можно найти третью неизвестную величину через уравнение: «Ток через резистор прямо пропорционален приложенному напряжению и обратно пропорционален сопротивлению». Многими инженерами используется Закон Ома или его вариации каждый рабочий день. Все вариации закона для омической нагрузки математически идентичны.

Важно! Одна из самых распространенных ошибок, допускаемых в применении закона Ома, заключается в смешении контекстов напряжения, тока и сопротивления.

Закон Ома

Закон Ома может быть использован для решения простых схем. Полная схема – это замкнутая петля. Она содержит, по крайней мере, один источник напряжения и, по меньшей мере, один участок цепи, где потенциальная энергия уменьшается. Сумма напряжений вокруг полной схемы равна нулю со ссылкой на законы Кирхгофа. Законы Кирхгофа, в свою очередь, являются частным применением законов сохранения электрического заряда и сохранения энергии.

Законы Кирхгофа

1. Суммарное количество тока в точке соединения схемы равно суммарному току, который вытекает из того же самого узла;
2. Сумма всей разности электрических потенциалов в любом контуре полной цепи равна алгебраической сумме падений напряжения на всех резистивных элементах в этом контуре.

Правила Кирхгофа

Правила для различных соединений проводников

Законы последовательной цепи

В последовательном контуре весь ток должен сначала проходить через резистор 1, затем 2 и т. д. При этом сумма потерь напряжения на каждом резисторе дает общее падение напряжения в цепи. Ток будет одинаковым во всех участках цепи.

Законы параллельного соединения проводников

В параллельном контуре общий ток должен делиться и распределяться между всеми участками цепи. При этом напряжение будет одинаковым, а ток будет варьироваться.

Нет никаких неотъемлемых недостатков у параллельного соединения, поскольку оно обеспечивает общее напряжение для всех ветвей, гарантируя, что устройства, подключенные в этих ветвях, работают с номинальной мощностью, а отказ одного устройства не влияет ни на один из других. Преимущество параллельного соединения заключается в том, что если какой-нибудь из электроприборов сгорит, то путь тока не блокируется. В случае если какая-нибудь нагрузка сгорит, подача тока просто будет отсечена.

Видео

Оцените статью:

Последовательное и параллельное соединения проводников презентация. Презентация на тему «последовательное и параллельное соединение проводников». Изучение последовательного и параллел

При последовательном соединение проводников конец одного проводника соединяется с началом другого и т.д. На рисунках изображены цепь последовательного соединения двух лампочек и схема такого соединения. Если сгорит одна из лампочек, то цепь разомкнется и другая лампочка погаснет.

При последовательном соединении проводников сила тока на всех участках цепи одинакова: По закону Ома, напряжения U1 и U2 на проводниках равны: Общее напряжение U на обоих проводниках равно сумме напряжений U1 и U2: где R – электрическое сопротивление всей цепи. Отсюда следует: При последовательном соединении полное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников.

При параллельном соединении проводников их начала и концы имеют общие точки подключения к источнику тока.

При параллельном соединении напряжения U1 и U2 на всех участках цепи одинаковы: Сумма токов I1 и I2, протекающих по обоим проводникам, равна току в неразветвленной цепи: Записывая на основании закона Ома: где R – электрическое сопротивление всей цепи, получим При параллельном соединении проводников величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.

Задача1Два проводника соединены последовательно. Сопротивление одного проводника R = 2 Ом, другого R= 3 Ом. Показание амперметра, соединённого с первым проводником, I= 0,5 Ом. Определить силу тока, текущего через второй проводник, общую силу тока в цепи, общее напряжение цепи.

Дано: R1= 2 ОмR2= 3 ОмI1= 0,5 АРешение: I1= I2= Iu; I2= Iu= 0, 5 АU1= I1R1; U1= 0.

5 x 2= 1 (В)U2= I2R2; U2= 0.5 x 3= 1, 5 (В)Uu= U1+U2; Uu= 1+1, 5 = 2, 5 (В) I2, Iu, Uu=? Ответ: I2= Iu= 0, 5 А, Uu= 2, 5 В.

Слайд 9

Слайд 10

Слайд 11

Слайд 12

Слайд 13

Слайд 14

Задача 3.

Доктора Ватсона и Шерлока Холмса в новогоднюю ночь пригласили в гости друзья. И, вдруг, как гласит один из законов Мерфи: «Все, что должно сломаться, обязательно сломается, причем в самый неподходящий момент». И, что же произошло? Когда хозяин дома стал включать елочную гирлянду для детей, одна из лампочек рассчитанных на напряжение в 3,5 В перегорела. Дети расстроились, хозяин в панике, ведь под рукой нет запасной лампочки. Надо спасать праздник, решил Холмс. И, попросив всех успокоиться, Холмс произнес магические слова и сделал одно действие. Ко всеобщей радости детей, гирлянда загорелась. Позже доктор Ватсон спросил у Холмса, что же он сделал? Что же ответил Холмс?

Слайд 15

Преимущества и недостатки соединений

Пример последовательного соединения: гирлянда. Пример параллельного соединения: лампы в кабинете. Преимущества и недостатки соединений: Параллельное – при перегорании одной лампы, остальные горят. Но при включении лампы с меньшим возможным напряжением она перегорит. Последовательное – лампы с меньшим возможным напряжением включают в цепь с большим напряжением, но при перегорании одной лампы все не будут гореть.

Слайд 16

Домашнее задание:

Приведите примеры последовательных и параллельных соединений проводников у вас дома. Повт. § 48, 49. Упр. 22 (2), упр.23(3,4).

Посмотреть все слайды

На опыте показана зависимость между силой тока, напряжением и соротивлением при последовательном соединении. Имеются электрические схемы последовательного соединения и решениезадач по данным схемам.

Просмотр содержимого документа

«Презентация к уроку «Последовательное соединение проводников».»

Условное обозначение

Название

Гальванический

Резистор

Амперметр

Вольтметр

Физические величины и их буквенные обозначения.

Сила тока

Напряжение

Сопротивление

Ампер

Вольт

Сила тока

Напряжение

Сопротивление

Физические величины и приборы для их измерения.

Амперметр

Вольтметр

Сила тока

Напряжение

Георг Симон Ом

Знаменитый немецкий физик

Сила тока (А)

I 1

I 2

Напряжение (В)

U 1

U 2

Сопротивление (Ом)

R 1

R 2

• При последовательном соединении сила тока в любых частях цепи одна и та же, т.е.

I = I 1 = I 2 .

Полное напряжение в цепи при последовательном соединении, или напряжение на полюсах источника тока, равно сумме напряжений на отдельных участках цепи:

U = U 1 + U 2

• Общее сопротивление цепи при последовательном соединении равно сумме сопротивлений отдельных проводников:

R = R 1 + R 2 .

15 Ом

20 Ом

1. По схеме, изображенной на рис. 17, определите

показания амперметра и общее сопротивление

в электрической цепи, если

R 1 = 5 Ом, R 2 = 3 Ом.

2. Каковы показания амперметра и общее

сопротивление электрической цепи,

изображенной на рис. 18, если R 1 = 10 Ом, R 2 = 2 Ом?

3. По схеме, изображенной на рис. 21,

определите показания амперметра и

сопротивление R2, если R1 = 4 Ом.

Цель урока: 1. Познакомить учащихся с последовательным и параллельным соединением проводников 2. Закономерностями существующими в цепи с последовательным и параллельным соединением проводников. Применение 3. Научить решать задачи по теме:Последовательное и параллельное соединение проводников 4. Закрепить знания учащихся о различных соединениях проводников и сформировать умения рассчитывать параметры комбинированных цепей

Достоинства и недостатки последовательного соединения Достоинства: Имея элементы, рассчитанные на малое напряжение(например, лампочки), можно соединить их последовательно в необходимом количестве и подключить источнику с большим напряжением (так устроены ёлочные гирлянды) Недостаток: Достаточно одному прибору (или элементу) выйти из строя, как цепь размыкается, и все остальные приборы не работают

Достоинства и недостатки параллельного соединения Достоинства: Если одна из ветвей выходит из строя остальные продолжают работать. При этом каждую ветвь можно подключать и отключать отдельно Недостаток: Можно включать приборы, рассчитанные только на данное напряжение

Применение последовательного соединения Основным недостатком последовательного соединения проводников является то, что при выходе из строя одного из элементов соединения отключаются и остальные Так, например, если перегорит одна из ламп ёлочной гирлянды, то погаснут и все другие Указанный недостаток может обернуться и достоинством Представьте себе, что некоторую цепь нужно защитить от перегрузки: при увеличении силы тока цепь должна автоматически отключаться Как это сделать?(Как это сделать?(Например, использовать предохранители) Приведите примеры применения последовательного соединения проводников

Применение параллельного соединения В одну и ту же электрическую цепь параллельно могут быть включены самые различные потребители электрической энергии Такая схема соединения потребителей тока используется, например, в жилых помещениях Вопрос учащимся: Как соединены между собой электрические приборы в вашей квартире?

Можно ли использовать две одинаковые лампы, рассчитанные на 110 В, в сети с напряжением 220 В? Как? Сколько одинаковых резисторов было соединено последовательно, если каждый из них имеет сопротивление 50 Ом, а их общее сопротивление 600 Ом? Два резистора, сопротивления которых 5 Ом и 10 Ом, подключены параллельно к батарейке. Сила тока в каком из них больше? Как изменится сопротивление электрической цепи, если подключить к любому звену цепи ещё один резистор: а) последовательно б) параллельно? Как нужно соединить четыре резистора, сопротивления которых 0,5 Ом, 2Ом, 3,5 Ом и 4 Ом, чтобы их общее сопротивление было 1 Ом? Проверка знаний

Повторение

Чижова Вера Александровна

Учитель физики и информатики

МБОУ СОШ п. Красное,

Ненецкий автономный округ.

• Скорость перемещения заряда по проводнику
• Заряд, проходящий по проводнику за 1с
• Обозначается ()
• Единица измерения (А) ампер
• Измеряется амперметром
• Зависит от напряжения и сопротивления (Закон Ома)

• Напряжение – это работа электрического поля по перемещению единичного заряда (1Кл) по проводнику
• Обозначается буквой (U)
• Измеряется вольтметром
• Единица измерения (В) вольт

• Свойство проводника оказывать препятствие движению заряженных частиц по проводнику под действием электрического поля
• Обозначается R
• Единица измерения (Ом)
• Зависит от физических свойств проводника

Законы последовательного соединения проводников

• Сила тока одинакова на всех участках цепи
• Общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных участков цепи
• Общее напряжение равно сумме напряжений на отдельных участках

• 1)Требуется изготовить елочную гирлянду из лампочек. рассчитанных на напряжение 6 В, чтобы ее можно было включить в сеть напряжением 120 В. Сколько для этого надо взять лампочек?

• А)4. Б)8 В)16 Г)20 Д)30.

• 2)Определите общее сопротивление цепи, если сопротивление подводящих проводов 2 Ом, включенной части реостата
• 64 Ом и лампы 294 Ом (рис. 159).

• 1. 240 Ом; 2. 180 Ом; 3. 100 Ом; 4. 120 Ом; 5. 360 Ом.

• 3)При измерении напряжения на проводнике R 1 оно оказалось равным 12 В. Когда вольтметр подключили к проводнику R 2 , то он показал 45 В (рис. 160). Вычислите сопротивление R 2, если R 1 =40 Ом.

• А)360 Ом; Б)135 Ом; В)150 Ом; Г)4 Ом; Д)40 Ом.

• 4)В каждом из двух нагревательных элементов кипятильника сила тока 5 А. Определите силу тока в подводящих проводах, если элементы соединены последовательно.

• А)25 А; Б)5 А; В)10 А; Г)2,5 А.

• 5)Проводники сопротивлением 2. 4 и 6 Ом соединены последовательно и включены в сеть напряжением 36 В. Вычислите силу тока в проводниках.

• А)3 А; Б)0.33 А; В)432 А; Г) 0,5 А; Д) 0,3 A .

• 1)Сила тока в проводнике R 1 равна 4 А. Какова сила тока в проводнике R 2 (рис. 161).

• А)4 А; Б) 2 А; В) 8 А; Г)16 А.

• 2)Сопротивление лампы R 1=300 Ом, а напряжение на ней 90 В. Что покажет вольтметр, если его подключить к лампе сопротивлением R2=400 Ом (рис. 162)?

• А)240 В; Б)180 В; В)100 В; Г)120 В; Д)360 В.

• 3)В сеть напряжением 120 В включены последовательно три одинаковые лампы (рис. 163). Какое напряжение на каждой из них?

• А)360 В; Б)120 В; В)60 В; Г)4 В; Д)40 В.

• 4)На рисунке 164 изображен ступенчатый реостат, в котором сопротивления R 1= R 2= R 3=…= R 5=10 Ом. Вычислите сопротивление при данном положении подвижного контакта К.

• А)20 Ом; Б)50 Ом; В)40 Ом; Г)30 Ом; Д)3,3 Ом.

• 5)Электрическую лампу сопротивлением R и амперметр включили в сеть напряжением 200 В так, как изображено на рисунке 165. Вычислите сопротивление R , если амперметр показывает силу тока 0,5 А. Сопротивление лампы 240 Ом.

• А)120 Ом; Б)160 Ом; В)260 Ом; Г) 60 Ом.

• В цепи с напряжением 12В подключен резистор сопротивлением 2(Ом). Какого сопротивления надо подключить еще один резистор, чтобы сила тока была 2А

Повторение: последовательное соединение проводников

• В цепи с напряжением источника 12В подключены два резистора и лампочка. Напряжение на лампочке 5В, на первом резисторе 3В. Сопротивление второго резистора 6(Ом). Определить сопротивления первого резистора и лампочки

• Сила тока в неразветвленной части цепи равно сумме токов в разветвлениях
• Напряжение на всех параллельных участках одинаково
• Обратная величина общего сопротивления равна сумме обратных величин сопротивлений всех параллельных участков

Задачи на параллельное соединение потребителей

Сопротивления резисторов соответственно равны 4,6,12(Ом). Определить силу тока в каждом резисторе, если напряжение между точками А и В равно 24В. Определить силу тока в неразветвленной части цепи

Силы тока в резисторах соответственно равны 2А, 1,5А, 3А. Определить сопротивление резисторов, если напряжение между точками А и В равно 16В.

Д/з § 48,49 упр.22(1,2), упр.23(3)

СОШ №20 Должность: учитель физики Последовательное соединение проводников соединение проводников без разветвлений, когда конец одного проводника соединен с началом другого проводника . При последовательном соединении проводников : — сила тока, протекающего через каждый…

Последовательное и параллельное соеди…

… «Курьинская средняя общеобразовательная школа» Последовательное и параллельное соединение проводников . Урок физики 8 класс Тип… Тема урока: «Последовательное и параллельное соединения проводников ». Цели урока: сформулировать законы последовательного и параллельного соединения проводников . Задание 1 …

Изучение последовательного и параллел…

Романовского района. ЦЕЛИ УРОКА: Проверить законы последовательного и параллельного соединения проводников . Оборудование: Источник тока Два проволочных… напряжение чем 220 В. Вывод При последовательном соединении проводников напряжение на концах рассматриваемого участка цепи…

Напряженность и потенциал электростатического поля в проводнике В проводниках имеются электрически заряженные частицы – носители заряда… – комбинации параллельных и последовательных соединений конденсаторов. 4.2. Соединение конденсаторов 1) Параллельное соединение : Общим является напряжение U …

8pow

Сопротивление. Единицы сопротивления. Закон Ома для участка цепи. 7. Последовательное соединение проводников . 8. Параллельное соединение проводников . 9. Работа электрического тока. 10. Мощность электрического тока. 11 …

Для участка цепи. Последовательное соединение проводников . Параллельное соединение проводников . Работа электрического тока. Мощность электрического тока. Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца. 4. Последовательное соединение проводников . Принципиальная схема Монтажная…

2. Какие физические величины сохраняются при последовательном соединении проводников Чему равно общее сопротивление при последовательном соединении проводников ? Ответ При последовательном соединении сила тока во всех резисторах одинакова, а…

Паре зажимов (точек или узлов цепи) называется параллельным Свойства соединений проводников ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ Сила тока: Сила тока во всех участках цепи одинакова. Сила…

Рекомендуем также

4. Последовательное соединение проводников — ф8 т3.2 Закон Ома для участка цепи

Работа – это совокупность множества действий, последовательно соединённых между собой и направленных на получение конкретного результата. Интерактивное изложение материала по теме Последовательное соединение проводников   Анимация «Последовательное соединение проводников» Интерактивная задача «Параметры цепи с последовательным соединением резисторов» Слайд-шоу «Исследование последовательной цепи» Последовательное соединение проводников Последовательное соединение проводников – это включение в электрическую цепь нескольких приборов последовательно, друг за другом. Электроприборы в данном случае можно сравнить с людьми в хороводе, а их руки, держащие друг друга – это провода, соединяющие приборы. Источник тока в данном случае будет одним из участников хоровода. Напряжение всей цепи при последовательном соединении будет равно сумме напряжений на каждом включенном в цепь элементе. Сила ток в цепи будет одинакова в любой точке. А сумма сопротивлений всех элементов составит общее сопротивление всей цепи. где I — сила тока, U- напряжение, R – сопротивление,  1,2,…,n – номера элементов, включенных в цепь. Плюсом последовательного соединения является простота сборки, а минусом – то, что если один элемент выйдет из строя, то ток пропадет во всей цепи. В такой ситуации неработающий элемент будет подобен ключу в выключенном положении. Пример из жизни неудобства такого соединения наверняка припомнят все люди постарше, которые украшали елки гирляндами из лампочек. Если в такой гирлянде выходила из строя хотя бы одна лампочка, приходилось перебирать их все, пока не найдешь ту самую, перегоревшую. В современных гирляндах эта проблема решена. В них используют специальные диодные лампочки, в которых при перегорании сплавляются вместе контакты, и ток продолжает беспрепятственно проходить дальше. Интерактивный тест Последовательное соединение проводников.. Updating… 1_1 последовательное соединение.swf (200k) Ольга Федотова, 5 янв. 2016 г., 08:01 1_2 пример.swf (2267k) Ольга Федотова, 5 янв. 2016 г., 08:02 1_2 конспект последовательное соединение.gif (29k) Ольга Федотова, 5 янв. 2016 г., 08:02 ć 1_2 последовательное соединение.ppt (1984k) Ольга Федотова, 5 янв. 2016 г., 08:02 ć 1_2 теория.ppt (332k) Ольга Федотова, 5 янв. 2016 г., 08:24 1_2 формулы последовательного соединения.jpg (32k) Ольга Федотова, 5 янв. 2016 г., 08:02 2 схема подключения.swf (13k) Ольга Федотова, 5 янв. 2016 г., 08:02 Ольга Федотова, 5 янв. 2016 г., 08:02 ć 4 Тест к уроку Последовательное соединение проводников. ppt (104k) Ольга Федотова, 5 янв. 2016 г., 08:02 4 тест ehlektricheskii_tok.swf (76k) Ольга Федотова, 5 янв. 2016 г., 08:02

keepslide.com — 1. Законы соединений.2. Задачи….

1. Законы соединений.2. Задачи.
Параллельное и последовательноесоединения проводников

Последовательное соединение проводников
При последовательном соединение проводников конец одного проводника соединяется с началом другого и т.д. На рисунках изображены цепь последовательного соединения двух лампочек и схема такого соединения. Если сгорит одна из лампочек, то цепь разомкнется и другая лампочка погаснет.

При последовательном соединении проводников сила тока на всех участках цепи одинакова:
По закону Ома, напряжения U1 и U2 на проводниках равны:
Общее напряжение U на обоих проводниках равно сумме напряжений U1 и U2:
где R – электрическое сопротивление всей цепи. Отсюда следует:
При последовательном соединении полное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников.
Законы последовательного соединения

Параллельное соединение проводников
При параллельном соединении проводников их начала и концы имеют общие точки подключения к источнику тока.

Законы параллельного соединения проводников
При параллельном соединении напряжения U1 и U2 на всех участках цепи одинаковы:
Сумма токов I1 и I2, протекающих по обоим проводникам, равна току в неразветвленной цепи:
Записывая на основании закона Ома:
где R – электрическое сопротивление всей цепи, получим
При параллельном соединении проводников величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.

Задача1 Два проводника соединены последовательно. Сопротивление одного проводника R = 2 Ом, другого R= 3 Ом. Показание амперметра, соединённого с первым проводником, I= 0,5 Ом. Определить силу тока, текущего через второй проводник, общую силу тока в цепи, общее напряжение цепи.

Решение задачи
Дано: R1= 2 ОмR2= 3 ОмI1= 0,5 АРешение: I1= I2= Iu; I2= Iu= 0, 5 АU1= I1R1; U1= 0. 5 x 2= 1 (В)U2= I2R2; U2= 0.5 x 3= 1, 5 (В)Uu= U1+U2; Uu= 1+1, 5 = 2, 5 (В) I2, Iu, Uu=? Ответ: I2= Iu= 0, 5 А, Uu= 2, 5 В.

Задача 2.

Задача 3.
Доктора Ватсона и Шерлока Холмса в новогоднюю ночь пригласили в гости друзья. И, вдруг, как гласит один из законов Мерфи: «Все, что должно сломаться, обязательно сломается, причем в самый неподходящий момент». И, что же произошло? Когда хозяин дома стал включать елочную гирлянду для детей, одна из лампочек рассчитанных на напряжение в 3,5 В перегорела. Дети расстроились, хозяин в панике, ведь под рукой нет запасной лампочки. Надо спасать праздник, решил Холмс. И, попросив всех успокоиться, Холмс произнес магические слова и сделал одно действие. Ко всеобщей радости детей, гирлянда загорелась. Позже доктор Ватсон спросил у Холмса, что же он сделал? Что же ответил Холмс?

Преимущества и недостатки соединений
Пример последовательного соединения: гирлянда.Пример параллельного соединения: лампы в кабинете. Преимущества и недостатки соединений: Параллельное – при перегорании одной лампы, остальные горят. Но при включении лампы с меньшим возможным напряжением она перегорит. Последовательное – лампы с меньшим возможным напряжением включают в цепь с большим напряжением, но при перегорании одной лампы все не будут гореть.

Домашнее задание:
Приведите примеры последовательных и параллельных соединений проводников у вас дома.Повт. § 48, 49. Упр. 22 (2), упр.23(3,4).

Закон последовательного и параллельного соединения проводников

В электрических цепях элементы могут соединяться по различным схемам, в том числе они имеют последовательное и параллельное соединение.

Последовательное соединение

При таком соединении проводники соединяются друг с другом последовательно, то есть, начало одного проводника будет соединяться с концом другого. Основная особенность данного соединения заключается в том, что все проводники принадлежат одному проводу, нет никаких разветвлений. Через каждый из проводников будет протекать один и тот же электрический ток. Но суммарное напряжение на проводниках будет равняться вместе взятым напряжениям на каждом из них.

Рассмотрим некоторое количество резисторов, соединенных последовательно. Так как нет разветвлений, то количество проходящего заряда через один проводник, будет равно количеству заряда, прошедшего через другой проводник. Силы тока на всех проводниках будут одинаковыми. Это основная особенность данного соединения.

Это соединение можно рассмотреть иначе. Все резисторы можно заменить одним эквивалентным резистором.

Ток на эквивалентном резисторе будет совпадать с общим током, протекающим через все резисторы. Эквивалентное общее напряжение будет складываться из напряжений на каждом резисторе. Это является разностью потенциалов на резисторе.

Если воспользоваться этими правилами и законом Ома, который подходит для каждого резистора, можно доказать, что сопротивление эквивалентного общего резистора будет равно сумме сопротивлений. Следствием первых двух правил будет являться третье правило.

Применение

Последовательное соединение используется, когда нужно целенаправленно включать или выключать какой-либо прибор, выключатель соединяют с ним по последовательной схеме. Например, электрический звонок будет звенеть только тогда, когда он будет последовательно соединен с источником и кнопкой. Согласно первому правилу, если электрический ток отсутствует хотя бы на одном из проводников, то его не будет и на других проводниках. И наоборот, если ток имеется хотя бы на одном проводнике, то он будет и на всех других проводниках. Также работает карманный фонарик, в котором есть кнопка, батарейка и лампочка. Все эти элементы необходимо соединить последовательно, так как нужно, чтобы фонарик светил, когда будет нажата кнопка.

Иногда последовательное соединение не приводит к нужным целям. Например, в квартире, где много люстр, лампочек и других устройств, не следует все лампы и устройства соединять последовательно, так как никогда не требуется одновременно включать свет в каждой из комнат квартиры. Для этого последовательное и параллельное соединение рассматривают отдельно, и для подключения осветительных приборов в квартире применяют параллельный вид схемы.

Параллельное соединение

В этом виде схемы все проводники соединяются параллельно друг с другом. Все начала проводников объединены в одну точку, и все концы также соединены вместе. Рассмотрим некоторое количество однородных проводников (резисторов), соединенных по параллельной схеме.

Этот вид соединения является разветвленным. В каждой ветви содержится по одному резистору. Электрический ток, дойдя до точки разветвления, разделяется на каждый резистор, и будет равняться сумме токов на всех сопротивлениях. Напряжение на всех элементах, соединенных параллельно, является одинаковым.

Все резисторы можно заменить одним эквивалентным резистором. Если воспользоваться законом Ома, можно получить выражение сопротивления. Если при последовательном соединении сопротивления складывались, то при параллельном будут складываться величины обратные им, как записано в формуле выше.

Применение

Если рассматривать соединения в бытовых условиях, то в квартире лампы освещения, люстры должны быть соединены параллельно. Если их соединить последовательно, то при включении одной лампочки мы включим все остальные. При параллельном же соединении мы можем, добавляя соответствующий выключатель в каждую из ветвей, включать соответствующую лампочку по мере желания. При этом такое включение одной лампы не влияет на остальные лампы.

Все электрические бытовые устройства в квартире соединены параллельно в сеть с напряжением 220 В, и подключены к распределительному щитку. Другими словами, параллельное соединение используется при необходимости подключения электрических устройств независимо друг от друга. Последовательное и параллельное соединение имеют свои особенности. Существуют также смешанные соединения.

Работа тока

Последовательное и параллельное соединение, рассмотренное ранее, было справедливо для величин напряжения, сопротивления и силы тока, являющихся основными. Работа тока определяется по формуле:

А = I х U х t, где А – работа тока, t – время течения по проводнику.

Для определения работы при последовательной схеме соединения, необходимо заменить в первоначальном выражении напряжение. Получаем:

А=I х (U1 + U2) х t

Раскрываем скобки и получаем, что на всей схеме работа определяется суммой на каждой нагрузке.

Точно также рассматриваем параллельную схему соединения. Только меняем уже не напряжение, а силу тока. Получается результат:

А = А1+А2

Мощность тока

При рассмотрении формулы мощности участка цепи снова необходимо пользоваться формулой:

Р=U х I

После аналогичных рассуждений выходит результат, что последовательное и параллельное соединение можно определить следующей формулой мощности:

Р=Р1 + Р2

Другими словами, при любых схемах общая мощность равна сумме всех мощностей в схеме. Этим можно объяснить, что не рекомендуется включать в квартире сразу несколько мощных электрических устройств, так как проводка может не выдержать такой мощности.

Влияние схемы соединения на новогоднюю гирлянду

После перегорания одной лампы в гирлянде можно определить вид схемы соединения. Если схема последовательная, то не будет гореть ни одной лампочки, так как сгоревшая лампочка разрывает общую цепь. Чтобы выяснить, какая именно лампочка сгорела, нужно проверять все подряд. Далее, заменить неисправную лампу, гирлянда будет функционировать.

При применении параллельной схемы соединения гирлянда будет продолжать работать, даже если одна или несколько ламп сгорели, так как цепь не разорвана полностью, а только один небольшой параллельный участок. Для восстановления такой гирлянды достаточно увидеть, какие лампы не горят, и заменить их.

Последовательное и параллельное соединение для конденсаторов

При последовательной схеме возникает такая картина: заряды от положительного полюса источника питания идут только на наружные пластины крайних конденсаторов. Конденсаторы, находящиеся между ними, передают заряд по цепи. Этим объясняется появление на всех пластинах равных зарядов с разными знаками. Исходя из этого, заряд любого конденсатора, соединенного по последовательной схеме, можно выразить такой формулой:

q_общ= q1 = q2 = q3

Для определения напряжения на любом конденсаторе, необходима формула:

U= q/С

Где С — емкость. Суммарное напряжение выражается таким же законом, который подходит для сопротивлений. Поэтому получаем формулу емкости:

С= q/(U1 + U2 + U3)

Чтобы сделать эту формулу проще, можно перевернуть дроби и заменить отношение разности потенциалов к заряду емкости. В результате получаем:

1/С= 1/С1 + 1/С2 + 1/C3

Немного иначе рассчитывается параллельное соединение конденсаторов.

Общий заряд вычисляется как сумма всех зарядов, накопившихся на пластинах всех конденсаторов. А величина напряжения также вычисляется по общим законам. В связи с этим формула суммарной емкости при параллельной схеме соединения выглядит так:

С= (q1 + q2 + q3)/U

Это значение рассчитывается как сумма каждого прибора в схеме:

С=С1 + С2 + С3

Смешанное соединение проводников

В электрической схеме участки цепи могут иметь и последовательное и параллельное соединение, переплетающихся между собой. Но все законы, рассмотренные выше для отдельных видов соединений, справедливы по-прежнему, и используются по этапам.

Сначала нужно мысленно разложить схему на отдельные части. Для лучшего представления ее рисуют на бумаге. Рассмотрим наш пример по изображенной выше схеме.

Удобнее всего ее изобразить, начиная с точек Б и В. Они расставляются на некотором расстоянии между собой и от края листа бумаги. С левой стороны к точке Б подключается один провод, а справа отходят два провода. Точка В наоборот, слева имеет две ветки, а после точки отходит один провод.

Далее нужно изобразить пространство между точками. По верхнему проводнику расположены 3 сопротивления с условными значениями 2, 3, 4. Снизу будет идти ток с индексом 5. Первые 3 сопротивления включены в схему последовательно, а пятый резистор подключен параллельно.

Остальные два сопротивления (первый и шестой) подключены последовательно с рассматриваемым нами участком Б-В. Поэтому схему дополняем 2-мя прямоугольниками по сторонам от выбранных точек.

Теперь используем формулу расчета сопротивления:

• Первая формула для последовательного вида соединения.
• Далее, для параллельной схемы.
• И окончательно для последовательной схемы.

Аналогичным образом можно разложить на отдельные схемы любую сложную схему, включая соединения не только проводников в виде сопротивлений, но и конденсаторов. Чтобы научиться владеть приемами расчета по разным видам схем, необходимо потренироваться на практике, выполнив несколько заданий.

Проводники в электрических цепях могут соединяться последовательно и параллельно.

При последовательном соединении проводников (рис. 2.3) сила тока во всех проводниках одинакова:

.

; .

Общее напряжение U на обоих проводниках равно сумме напряжений U₁ и U₂:

,

где R – электрическое сопротивление всей цепи.

Отсюда следует:

.

При последовательном соединении полное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников. Этот результат справедлив для любого числа последовательно соединенных проводников.

Рис. 2.3. Последовательное соединение двух сопротивлений

При параллельном соединении (рис. 2.4) напряжения U₁ и U₂ на обоих проводниках одинаковы:

.

Сумма токов I₁ + I₂, протекающих по обоим проводникам, равна току в неразветвленной цепи:

.

Этот результат следует из того, что в точках разветвления токов (узлы A и B) в цепи постоянного тока не могут накапливаться заряды. Например, в узел A за время Δt втекает заряд IΔt, а вытекает их узла за то же время заряд I₁Δt + I₂Δt. Следовательно, .

Рис. 2.4. Параллельное соединение двух сопротивлений

Запишем на основании закона Ома

; ; ,

где R – электрическое сопротивление всей цепи, тогда получим

.

При параллельном соединении проводников величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников. Этот результат справедлив для любого числа параллельно включенных проводников.

Общее сопротивление n участков при их параллельном и последовательном соединении соответственно равны:

; .

Формулы для последовательного и параллельного соединения проводников позволяют во многих случаях рассчитывать сопротивление сложной цепи, состоящей из многих резисторов. На рис. 2.5 приведен пример такой сложной цепи и указана последовательность вычислений.

Рис. 2.5. Расчет сопротивления сложной цепи.

Сопротивления всех проводников указаны в Ом

Следует отметить, что далеко не все сложные цепи, состоящие из проводников с различными сопротивлениями, могут быть рассчитаны с помощью формул для последовательного и параллельного соединения. На рис. 2.6 приведен пример электрической цепи, которую нельзя рассчитать указанным выше методом.

Рис. 2.6. Пример электрической цепи, которая не сводится к комбинации последовательно и параллельно соединенных проводников

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Учись учиться, не учась! 10468 — | 7923 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Течение тока в электрической цепи осуществляется по проводникам, в направлении от источника к потребителям. В большинстве подобных схем используются медные провода и электрические приемники в заданном количестве, обладающие различным сопротивлением. В зависимости выполняемых задач, в электрических цепях используется последовательное и параллельное соединение проводников. В некоторых случаях могут быть применены оба типа соединений, тогда этот вариант будет называться смешанным. Каждая схема имеет свои особенности и отличия, поэтому их нужно обязательно заранее учитывать при проектировании цепей, ремонте и обслуживании электрооборудования.

Последовательное соединение проводников

В электротехнике большое значение имеет последовательное и параллельное соединение проводников в электрической цепи. Среди них часто используется схема последовательного соединения проводников предполагающая такое же соединение потребителей. В этом случае включение в цепь выполняется друг за другом в порядке очередности. То есть, начало одного потребителя соединяется с концом другого при помощи проводов, без каких-либо ответвлений.

Свойства такой электрической цепи можно рассмотреть на примере участков цепи с двумя нагрузками. Силу тока, напряжение и сопротивление на каждом из них следует обозначить соответственно, как I1, U1, R1 и I2, U2, R2. В результате, получились соотношения, выражающие зависимость между величинами следующим образом: I = I1 = I2, U = U1 + U2, R = R1 + R2. Полученные данные подтверждаются практическим путем с помощью проведения измерений амперметром и вольтметром соответствующих участков.

Таким образом, последовательное соединение проводников отличается следующими индивидуальными особенностями:

• Сила тока на всех участках цепи будет одинаковой.
• Общее напряжение цепи составляет сумму напряжений на каждом участке.
• Общее сопротивление включает в себя сопротивления каждого отдельного проводника.

Данные соотношения подходят для любого количества проводников, соединенных последовательно. Значение общего сопротивления всегда выше, чем сопротивление любого отдельно взятого проводника. Это связано с увеличением их общей длины при последовательном соединении, что приводит и к росту сопротивления.

Если соединить последовательно одинаковые элементы в количестве n, то получится R = n х R1, где R – общее сопротивление, R1 – сопротивление одного элемента, а n – количество элементов. Напряжение U, наоборот, делится на равные части, каждая из которых в n раз меньше общего значения. Например, если в сеть с напряжением 220 вольт последовательно включаются 10 ламп одинаковой мощности, то напряжение в любой из них составит: U1 = U/10 = 22 вольта.

Проводники, соединенные последовательно, имеют характерную отличительную особенность. Если во время работы отказал хотя-бы один из них, то течение тока прекращается во всей цепи. Наиболее ярким примером является елочная гирлянда, когда одна перегоревшая лампочка в последовательной цепи, приводит к выходу из строя всей системы. Для установления перегоревшей лампочки понадобится проверка всей гирлянды.

Параллельное соединение проводников

В электрических сетях проводники могут соединяться различными способами: последовательно, параллельно и комбинированно. Среди них параллельное соединение это такой вариант, когда проводники в начальных и конечных точках соединяются между собой. Таким образом, начала и концы нагрузок соединяются вместе, а сами нагрузки располагаются параллельно относительно друг друга. В электрической цепи могут содержаться два, три и более проводников, соединенных параллельно.

Если рассматривать последовательное и параллельное соединение, сила тока в последнем варианте может быть исследована с помощью следующей схемы. Берутся две лампы накаливания, обладающие одинаковым сопротивлением и соединенные параллельно. Для контроля к каждой лампочке подключается собственный амперметр. Кроме того, используется еще один амперметр, контролирующий общую силу тока в цепи. Проверочная схема дополняется источником питания и ключом.

После замыкания ключа нужно контролировать показания измерительных приборов. Амперметр на лампе № 1 покажет силу тока I1, а на лампе № 2 – силу тока I2. Общий амперметр показывает значение силы тока, равное сумме токов отдельно взятых, параллельно соединенных цепей: I = I1 + I2. В отличие от последовательного соединения, при перегорании одной из лампочек, другая будет нормально функционировать. Поэтому в домашних электрических сетях используется параллельное подключение приборов.

С помощью такой же схемы можно установить значение эквивалентного сопротивления. С этой целью в электрическую цепь добавляется вольтметр. Это позволяет измерить напряжение при параллельном соединении, сила тока при этом остается такой же. Здесь также имеются точки пересечения проводников, соединяющих обе лампы.

В результате измерений общее напряжение при параллельном соединении составит: U = U1 = U2. После этого можно рассчитать эквивалентное сопротивление, условно заменяющее все элементы, находящиеся в данной цепи. При параллельном соединении, в соответствии с законом Ома I = U/R, получается следующая формула: U/R = U1/R1 + U2/R2, в которой R является эквивалентным сопротивлением, R1 и R2 – сопротивления обеих лампочек, U = U1 = U2 – значение напряжения, показываемое вольтметром.

Следует учитывать и тот фактор, что токи в каждой цепи, в сумме составляют общую силу тока всей цепи. В окончательном виде формула, отражающая эквивалентное сопротивление будет выглядеть следующим образом: 1/R = 1/R1 + 1/R2. При увеличении количества элементов в таких цепях – увеличивается и число слагаемых в формуле. Различие в основных параметрах отличают друг от друга и источников тока, позволяя использовать их в различных электрических схемах.

Параллельное соединение проводников характеризуется достаточно малым значением эквивалентного сопротивления, поэтому сила тока будет сравнительно высокой. Данный фактор следует учитывать, когда в розетки включается большое количество электроприборов. В этом случае сила тока значительно возрастает, приводя к перегреву кабельных линий и последующим возгораниям.

Законы последовательного и параллельного соединения проводников

Данные законы, касающиеся обоих видов соединений проводников, частично уже были рассмотрены ранее.

Для более четкого их понимания и восприятия в практической плоскости, последовательное и параллельное соединение проводников, формулы следует рассматривать в определенной последовательности:

• Последовательное соединение предполагает одинаковую силу тока в каждом проводнике: I = I1 = I2.
• Закон ома параллельное и последовательное соединение проводников объясняет в каждом случае по-своему. Например, при последовательном соединении, напряжения на всех проводниках будут равны между собой: U1 = IR1, U2 = IR2. Кроме того, при последовательном соединении напряжение составляет сумму напряжений каждого проводника: U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR.
• Полное сопротивление цепи при последовательном соединении состоит из суммы сопротивлений всех отдельно взятых проводников, независимо от их количества.
• При параллельном соединении напряжение всей цепи равно напряжению на каждом из проводников: U1 = U2 = U.
• Общая сила тока, измеренная во всей цепи, равна сумме токов, протекающих по всем проводникам, соединенных параллельно между собой: I = I1 + I2.

Для того чтобы более эффективно проектировать электрические сети, нужно хорошо знать последовательное и параллельное соединение проводников и его законы, находя им наиболее рациональное практическое применение.

Смешанное соединение проводников

В электрических сетях как правило используется последовательное параллельное и смешанное соединение проводников, предназначенное для конкретных условий эксплуатации. Однако чаще всего предпочтение отдается третьему варианту, представляющему собой совокупность комбинаций, состоящих из различных типов соединений.

В таких смешанных схемах активно применяется последовательное и параллельное соединение проводников, плюсы и минусы которых обязательно учитываются при проектировании электрических сетей. Эти соединения состоят не только из отдельно взятых резисторов, но и довольно сложных участков, включающих в себя множество элементов.

Смешанное соединение рассчитывается в соответствии с известными свойствами последовательного и параллельного соединения. Метод расчета заключается в разбивке схемы на более простые составные части, которые считаются отдельно, а потом суммируются друг с другом.

Параллельное и последовательное соединение проводников: определения и применение

Параллельное и последовательное соединение проводников – способы коммутации электрической цепи. Электрические схемы любой сложности можно представить посредством указанных абстракций.

Определения

Существует два способа соединения проводников, становится возможным упростить расчет цепи произвольной сложности:

• Конец предыдущего проводника соединен непосредственно с началом следующего – подключение называют последовательным. Образуется цепочка. Чтобы включить очередное звено, нужно электрическую схему разорвать, вставив туда новый проводник.
• Начала проводников соединены одной точкой, концы – другой, подключение называется параллельным. Связку принято называть разветвлением. Каждый отдельный проводник образует ветвь. Общие точки именуются узлами электрической сети.

На практике чаще встречается смешанное включение проводников, часть соединена последовательно, часть – параллельно. Нужно разбить цепь простыми сегментами, решать задачу для каждого отдельно. Сколь угодно сложную электрическую схему можно описать параллельным, последовательным соединением проводников. Так делается на практике.

Коммутация электрической цепи

Использование параллельного и последовательного соединения проводников

Термины, применяемые к электрическим цепям

Теория выступает базисом формирования прочных знаний, немногие знают, чем напряжение (разность потенциалов) отличается от падения напряжения. В терминах физики внутренней цепью называют источник тока, находящееся вне – именуется внешней. Разграничение помогает правильно описать распределение поля. Ток совершает работу. В простейшем случае генерация тепла согласно закону Джоуля-Ленца. Заряженные частицы, передвигаясь в сторону меньшего потенциала, сталкиваются с кристаллической решеткой, отдают энергию. Происходит нагрев сопротивлений.

Для обеспечения движения нужно на концах проводника поддерживать разность потенциалов. Это называется напряжением участка цепи. Если просто поместить проводник в поле вдоль силовых линий, ток потечет, будет очень кратковременным. Процесс завершится наступлением равновесия. Внешнее поле будет уравновешено собственным полем зарядов, противоположным направлением. Ток прекратится. Чтобы процесс стал непрерывным, нужна внешняя сила.

Таким приводом движения электрической цепи выступает источник тока. Чтобы поддерживать потенциал, внутри совершается работа. Химическая реакция, как в гальваническом элементе, механические силы – генератор ГЭС. Заряды внутри источника движутся в противоположную полю сторону. Над этим совершается работа сторонних сил. Можно перефразировать приведенные выше формулировки, сказать:

• Внешняя часть цепи, где заряды движутся, увлекаемые полем.
• Внутренняя часть цепи, где заряды движутся против напряженности.

Генератор (источник тока) снабжен двумя полюсами. Обладающий меньшим потенциалом называется отрицательным, другой – положительным. В случае переменного тока полюсы непрерывно меняются местами. Непостоянно направление движения зарядов. Ток течет от положительного полюса к отрицательному. Движение положительных зарядов идет в направлении убывания потенциала. Согласно этому факту вводится понятие падения потенциала:

Падением потенциала участка цепи называется убыль потенциала в пределах отрезка. Формально это напряжение. Для ветвей параллельной цепи одинаково.

Под падением напряжения понимается и нечто иное. Величина, характеризующая тепловые потери, численно равна произведению тока на активное сопротивление участка. Законы Ома, Кирхгофа, рассмотренные ниже, формулируются для этого случая. В электрических двигателях, трансформаторах разница потенциалов может значительно отличаться от падения напряжения. Последнее характеризует потери на активном сопротивлении, тогда как первое учитывает полную работу источника тока.

Здесь поясним: часть энергии превращается в магнитный поток или химическое взаимодействие, цепь на участке нельзя считать последовательной. Имеется ветвление, вследствие наличия реактивной составляющей импеданса, либо других сил. Обмотка двигателя наделена ярко выраженным индуктивным сопротивлением, посредством которого происходит передача магнитного поля для совершения работы. Мощность сдвигается по фазе, часть идет на выделение тепла. На практике считается паразитным явлением. Законы последовательного и внешнего соединения проводников в физике формулируются для простейших случаев. Постоянным называют ток одного направления, неизменной амплитуды, инженеры под этим понимают выпрямленное напряжение.

При решение физических задач для упрощения двигатель может включать в свой состав ЭДС, направление действия которой противоположно эффекту источника питания. Учитывается факт потери энергии через реактивную часть импеданса. Школьный и вузовский курс физики отличается оторванностью от реальности. Вот почему студенты, раскрыв рот, слушают о явлениях, имеющих место в электротехнике. В период, предшествующий эпохе промышленной революции, открывались главные законы, ученый должен объединять роль теоретика и талантливого экспериментатора. Об этом открыто говорят предисловия к трудам Кирхгофа (работы Георга Ома на русский язык не переведены). Преподаватели буквально завлекали люд дополнительными лекциями, сдобренными наглядными, удивительными экспериментами.

Электрическая цепь

Законы Ома и Кирхгофа применительно к последовательному и параллельному соединению проводников

Для решения реальных задач используются законы Ома и Кирхгофа. Первый выводил равенство чисто эмпирическим путем – экспериментально – второй начал математическим анализом задачи, потом проверил догадки практикой. Приведем некоторые сведения, помогающие решению задачи:

1. В трактате о математическом исследовании гальванических цепей Георг Ом: ток при последовательном соединении проводников одинаков. Магнитная стрелка в каждом участке цепи отклонялась в опытах на фиксированный угол. Открытию закона Ома предшествовал доклад Эрстеда о действии проводника с током на морской компас. Силу тока принято было характеризовать отклонением магнитной стрелки от начального положения. Для пущей верности Ом располагал перед опытом в направлении Земного меридиана.
2. В узле параллельной электрической цепи ток разветвляется. Правило получил Кирхгоф, исследуя прохождение электричества через металлическую круглую пластину, стремясь получить обобщенную формулу для всех случаев. Задуманное удалось, побочным продуктом стали два закона Кирхгофа, один гласит: сумма токов узла цепи равна нулю. Входящие берутся с одним знаком, исходящие – с другим.
3. Второй закон Кирхгофа поможет анализировать последовательную цепь. Утверждает: в замкнутом (читай – последовательном) контуре сумма падений напряжений равна сумме ЭДС. Напоминаем, ток в каждой точке постоянный (см. выше). ЭДС – источники тока, поле направлено противоположно прочей части цепи, которую принято называть внешней. На законе зиждется факт использования последовательного включения батареек с суммированием эффекта по напряжению. Две таблетки 1,5 В, будучи включены, дают 3 вольта. В последовательной цепи напряжение складывается.

   Закон Кирхгофа

4. Последнее правило едва ли нуждается в доказательстве. Утверждает: напряжение на ветвях цепи с обоими общими узлами одинаково. Факт легко осознать на примере удлинителя-переноски. Сколько бы приборов туда ни включили, сетевое напряжение останется прежним. Посему не находим нужным приводить аксиоме доказательств. Продвинутые пользователи заметят: напряжение реального источника падает при перегрузке, возразим: допустимые нормы контролируются пробками распределительного щитка.

Посчитать сопротивления элементов при последовательном и параллельном соединении

Алгоритм расчета реальных цепей прост. Приведем некоторые тезисы касательно рассматриваемой тематики:

1. При последовательном включении суммируются сопротивления, при параллельном – проводимости:
   1. Для резисторов закон переписывается в неизменной форме. При параллельном соединении итоговое сопротивление равняется произведению исходных, деленному на общую сумму. При последовательном – номиналы суммируются.
   2. Индуктивность выступает реактивным сопротивлением (j*ω*L), ведет себя, как обычный резистор. В плане написания формулы ничем не отличается. Нюанс, для всякого чисто мнимого импеданса, что нужно умножить результат на оператор j, круговую частоту ω (2*Пи*f). При последовательном соединении катушек индуктивности номиналы суммируются, при параллельном – складываются обратные величины.
   3. Мнимое сопротивление емкости записывается в виде: -j/ω*С. Легко заметить: складывая величины последовательного соединения, получим формулу, в точности как для резисторов и индуктивностей было при параллельном. Для конденсаторов все наоборот. При параллельном включении номиналы складываются, при последовательном – суммируются обратные величины.

Тезисы легко распространяются на произвольные случаи. Падение напряжения на двух открытых кремниевых диодах равно сумме. На практике составляет 1 вольт, точное значение зависит от типа полупроводникового элемента, характеристик. Аналогичным образом рассматривают источники питания: при последовательном включении номиналы складываются. Параллельное часто встречается на подстанциях, где трансформаторы ставят рядком. Напряжение будет одно (контролируются аппаратурой), делятся между ветвями. Коэффициент трансформации строго равен, блокируя возникновение негативных эффектов.

У некоторых вызывает затруднение случай: две батарейки разного номинала включены параллельно. Случай описывается вторым законом Кирхгофа, никакой сложности представить физику не может. При неравенстве номиналов двух источников берется среднее арифметическое, если пренебречь внутренним сопротивлением обоих. В противном случае решаются уравнения Кирхгофа для всех контуров. Неизвестными будут токи (всего три), общее количество которых равно числу уравнений. Для полного понимания привели рисунок.

Пример решения уравнений Кирхгофа

Посмотрим изображение: по условию задачи, источник Е1 сильнее, нежели Е2. Направление токов в контуре берем из здравых соображений. Но если бы проставили неправильно, после решения задачи один получился бы с отрицательным знаком. Следовало тогда изменить направление. Очевидно, во внешней цепи ток течет, как показано на рисунке. Составляем уравнения Кирхгофа для трех контуров, вот что следует:

1. Работа первого (сильного) источника тратится на создание тока во внешней цепи, преодоление слабости соседа (ток I2).
2. Второй источник не совершает полезной работы в нагрузке, борется с первым. Иначе не скажешь.

Включение батареек разного номинала параллельно является безусловно вредным. Что наблюдается на подстанции при использовании трансформаторов с разным передаточным коэффициентом. Уравнительные токи не выполняют никакой полезной работы. Включенные параллельно разные батарейки начнут эффективно функционировать, когда сильная просядет до уровня слабой.

Последовательная связь

— learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное Любимый 91

Правила серийного номера

Асинхронный последовательный протокол имеет ряд встроенных правил — механизмов, которые помогают обеспечить надежную и безошибочную передачу данных. Вот эти механизмы, которые мы получаем для исключения внешнего тактового сигнала:

• Биты данных,
• бит синхронизации,
• битов четности,
• и скорость передачи.

Благодаря разнообразию этих сигнальных механизмов вы обнаружите, что нет единого способа посылки данных последовательно. Протокол легко настраивается. Важнейшей частью является обеспечение того, чтобы оба устройства на последовательной шине были настроены на использование одинаковых протоколов .

Скорость передачи

Скорость передачи определяет скорость передачи данных по последовательной линии. Обычно выражается в битах в секунду (бит / с). Если вы инвертируете скорость передачи, вы можете узнать, сколько времени требуется для передачи одного бита.Это значение определяет, как долго передатчик удерживает высокий / низкий уровень последовательной линии или в какой период принимающее устройство производит выборку своей линии.

Скорость передачи может иметь любое значение в разумных пределах. Единственное требование — чтобы оба устройства работали с одинаковой скоростью. Одна из наиболее распространенных скоростей передачи, особенно для простых вещей, где скорость не критична, составляет 9600 бит / с . Другие «стандартные» скорости: 1200, 2400, 4800, 19200, 38400, 57600 и 115200.

Чем выше скорость передачи, тем быстрее отправляются / принимаются данные, но существуют ограничения на скорость передачи данных.Обычно вы не увидите скорости, превышающей 115200 — это быстро для большинства микроконтроллеров. Поднимитесь слишком высоко, и вы начнете видеть ошибки на принимающей стороне, поскольку часы и периоды выборки просто не успевают.

Обрамление данных

Каждый блок (обычно байт) передаваемых данных фактически отправляется в пакете или кадре бит. Кадры создаются путем добавления к нашим данным битов синхронизации и четности.

Серийный корпус. Некоторые символы в кадре имеют настраиваемый размер бит.

Давайте подробно рассмотрим каждую из этих частей рамы.

Блок данных

Настоящая суть каждого последовательного пакета — это данные, которые он несет. Мы неоднозначно называем этот блок данных чанком , потому что его размер специально не указан. Количество данных в каждом пакете может быть установлено от 5 до 9 бит. Конечно, стандартный размер данных — это ваш базовый 8-битный байт, но другие размеры имеют свое применение. 7-битный блок данных может быть более эффективным, чем 8-битный, особенно если вы просто передаете 7-битные символы ASCII.

После согласования длины символа оба последовательных устройства также должны согласовать порядок байтов своих данных. Отправляются ли данные из старшего разряда в младший или наоборот? Если не указано иное, обычно можно предположить, что данные передаются младших битов (LSB) сначала .

Биты синхронизации

Биты синхронизации — это два или три специальных бита, передаваемых с каждым блоком данных. Это стартовый бит и стоповый бит (ы) .Верные своему названию, эти биты отмечают начало и конец пакета. Всегда есть только один стартовый бит, но количество стоповых битов можно настроить на один или два (хотя обычно его оставляют равным одному).

Стартовый бит всегда обозначается незанятой строкой данных, переходящей от 1 к 0, в то время как стоповый бит (ы) вернется в состояние ожидания, удерживая строку на 1.

Биты четности

Четность — это форма очень простой низкоуровневой проверки ошибок. Он бывает двух видов: четный и нечетный.Для создания бита четности все 5-9 битов байта данных складываются, и четность суммы определяет, установлен ли бит или нет. Например, предполагая, что четность установлена ​​на четность и добавляется к байту данных, например 0b01011101 , который имеет нечетное число 1 (5), бит четности будет установлен на 1 . И наоборот, если режим четности был установлен как нечетный, бит четности будет 0 .

Четность — необязательный и не очень широко используется.Это может быть полезно для передачи через шумные среды, но это также немного замедлит вашу передачу данных и требует, чтобы отправитель и получатель реализовали обработку ошибок (обычно полученные данные, которые терпят неудачу, должны быть отправлены повторно).

9600 8Н1 (пример)

9600 8N1 — 9600 бод, 8 бит данных, без контроля четности и 1 стоповый бит — это один из наиболее часто используемых последовательных протоколов. Итак, как бы выглядели один или два пакета данных 9600 8N1? Приведем пример!

Устройство, передающее символы ASCII «O» и «K», должно создать два пакета данных.Значение ASCII O (это верхний регистр) — 79, которое разбивается на 8-битное двоичное значение 01001111 , а двоичное значение K — 01001011 . Осталось только добавить биты синхронизации.

Это конкретно не указано, но предполагается, что данные передаются в первую очередь младшим битом. Обратите внимание, как каждый из двух байтов отправляется при чтении справа налево.

Поскольку мы осуществляем передачу со скоростью 9600 бит / с, время, затрачиваемое на поддержание высокого или низкого уровня каждого из этих битов, составляет 1 / (9600 бит / с) или 104 мкс на бит.

Для каждого переданного байта данных фактически отправляется 10 бит: стартовый бит, 8 бит данных и стоповый бит. Итак, при 9600 бит / с мы фактически отправляем 9600 бит в секунду или 960 (9600/10) байтов в секунду.

---

Теперь, когда вы знаете, как создавать последовательные пакеты, мы можем перейти к разделу оборудования. Там мы увидим, как эти единицы и нули, а также скорость передачи данных реализованы на уровне сигнала!

---

← Предыдущая страница
Введение

Что такое последовательная связь и как она работает? [Разъяснено]

Введение

Последовательная связь — наиболее широко используемый подход для передачи информации между оборудованием обработки данных и периферийными устройствами.В общем, общение означает обмен информацией между людьми посредством письменных документов, устных слов, аудио- и видеоуроков.

Каждое устройство, будь то ваш персональный компьютер или мобильный телефон, работает по последовательному протоколу. Протокол представляет собой безопасную и надежную форму связи, имеющую набор правил, адресованных хосту источника (, отправитель, ) и хосту назначения (, получатель, ). Чтобы лучше понять, я объяснил концепцию последовательной связи.

Во встроенной системе последовательная связь — это способ обмена данными с использованием различных методов в форме последовательного цифрового двоичного кода. Некоторые из хорошо известных интерфейсов, используемых для обмена данными: RS-232, RS-485, I2C, SPI и т. Д.

Что такое последовательная связь?

При последовательной связи данные представлены в виде двоичных импульсов. Другими словами, мы можем сказать, что двоичная единица представляет собой логический ВЫСОКИЙ уровень или 5 вольт, а ноль представляет собой логический низкий уровень или 0 вольт. Последовательная связь может принимать различные формы в зависимости от типа режима передачи и передачи данных.Режимы передачи классифицируются как симплексный, полудуплексный и полнодуплексный. Будет источник (также известный как отправитель ) и пункт назначения (также называемый получателем ) для каждого режима передачи.

Режимы передачи — Последовательная связь

Симплексный метод — это метод односторонней связи. Только один клиент (одновременно активен либо отправитель, либо получатель). Если отправитель передает, получатель может только принять.Радио и телевидение являются примерами симплексного режима.

В полудуплексном режиме и отправитель, и получатель активны, но не одновременно, т.е. если отправитель передает, получатель может принимать, но не может отправлять, и наоборот. Хороший пример — Интернет. Если клиент (портативный компьютер) отправляет запрос на веб-страницу, веб-сервер обрабатывает приложение и отправляет обратно информацию.

Полнодуплексный режим широко используется в мире для связи.Здесь и отправитель, и получатель могут передавать и получать одновременно. Примером может служить ваш смартфон.

Помимо режимов передачи, мы должны учитывать порядок байтов и структуру протокола главного компьютера (отправителя или получателя). Порядок байтов — это способ сохранения данных по определенному адресу памяти. В зависимости от выравнивания данных endian классифицируется как

• Little Endian и
• с прямым порядком байтов.

Рассмотрим этот пример, чтобы понять концепцию порядка байтов.Допустим, у нас есть 32-битные шестнадцатеричные данные ABCD87E2 . Как эти данные хранятся в памяти? Чтобы иметь четкое представление, я объяснил разницу между Little Endian и Big Endian .

с порядком байтов от младшего к старшему

Передача данных может происходить двумя способами. Это последовательная связь и параллельная связь. Последовательная связь — это метод, используемый для побитовой передачи данных с использованием двухпроводной связи, то есть передатчика (отправителя) и приемника.

Например, я хочу отправить 8-битные двоичные данные 11001110 от передатчика к приемнику.Но какой бит гаснет первым? Старший значащий бит — MSB (7 ^-й бит) или младший значащий бит (0 ^-й бит). Мы не можем сказать. Здесь я считаю, что LSB движется первым (для Little Endian).

Последовательная связь

Из приведенной выше диаграммы для каждого тактового импульса; передатчик отправляет приемнику один бит данных.

Параллельная связь перемещает 8, 16 или 32 бита данных за раз. Принтеры и машины Xerox используют параллельную связь для более быстрой передачи данных.

Параллельная связь RS232

Разница между последовательной и параллельной связью

Последовательная связь передает только один бит за раз. поэтому для них требуется меньше линий ввода / вывода (ввода-вывода). Следовательно, он занимает меньше места и более устойчив к перекрестным помехам. Основное преимущество последовательной связи заключается в том, что стоимость всей встроенной системы удешевляется, и информация передается на большие расстояния. Последовательная передача используется в устройствах DCE (Data Communication Equipment), таких как модем.

При параллельном взаимодействии за один раз отправляется порция данных (8,16 или 32 бита). Таким образом, каждый бит данных требует отдельной физической линии ввода-вывода. Преимущество параллельной связи в том, что она быстрая, но ее недостаток — в использовании большего количества линий ввода-вывода (ввода-вывода). Параллельная передача используется в ПК (персональном компьютере) для соединения CPU (центрального процессора), RAM (оперативной памяти), модемов, аудио, видео и сетевого оборудования.

Примечание: Если ваша интегральная схема или процессор поддерживает меньшее количество контактов ввода / вывода, лучше выбрать последовательную связь

Для облегчения понимания приведем сравнение последовательной и параллельной связи.

Последовательная связь	Параллельная связь
Посылает данные побитно за один тактовый импульс	Передает порцию данных за раз
Требуется один провод для передачи данных	Требуется n строк для передачи n битов
Низкая скорость передачи данных	Высокая скорость передачи данных
Низкая стоимость установки	Высокая стоимость установки
Предпочтительно для междугородной связи	Используется для ближней связи
Пример: компьютер — компьютер	Компьютер — многофункциональный принтер

Синхронизация часов

Для эффективной работы последовательных устройств часы являются основным источником.Неисправность часов может привести к неожиданным результатам. Тактовый сигнал различен для каждого последовательного устройства, и он подразделяется на синхронный протокол и асинхронный протокол.

Синхронный последовательный интерфейс

Все устройства на Synchronous последовательном интерфейсе используют одну шину ЦП для совместного использования часов и данных. Благодаря этому передача данных происходит быстрее. Преимущество заключается в отсутствии несоответствия в скорости передачи данных. Более того, для сопряжения компонентов требуется меньше линий ввода / вывода (ввода-вывода).Примеры: I2C, SPI и т. Д.

Асинхронный последовательный интерфейс

Асинхронный интерфейс не имеет внешнего тактового сигнала и полагается на четыре параметра, а именно

1. Контроль скорости передачи
2. Управление потоком данных
3. Приемно-передающий контроль
4. Контроль ошибок.

Асинхронные протоколы подходят для стабильной связи. Они используются для приложений на большом расстоянии. Примеры асинхронных протоколов: RS-232, RS-422 и RS-485.

Как работает последовательная связь?

Усовершенствованный ЦП

, такой как микроконтроллер и микропроцессор, использует последовательную связь для связи с внешним миром, а также с периферийными устройствами микросхемы. Для ознакомления рассмотрим простой пример. Предположим, вы хотите отправить на смартфон файл, хранящийся на вашем ноутбуке. Как бы вы отправили? Вероятно, по протоколу Bluetooth или Wi-Fi, верно.

Итак, вот шаги, чтобы установить последовательную связь

1. Добавьте соединение.

На первом этапе ваш ноутбук будет искать устройства в радиусе 100 м и будет отображать найденные устройства. Этот процесс часто называют роумингом.

2. Выберите устройство, с которым хотите установить связь.

Для подключения к мобильному телефону необходимо выполнить сопряжение. Конфигурация по умолчанию уже присутствует в программном обеспечении. Таким образом, нет необходимости настраивать скорость передачи данных вручную. Помимо этого, есть четыре неизвестных правила. Это скорость передачи данных, выбор битов данных (кадрирование), стартовый и стоповый бит и четность.

Правила последовательной связи

# 1 Что такое скорость передачи?

Скорость передачи — это скорость передачи данных от передатчика к приемнику в битах в секунду. Некоторые из стандартных скоростей передачи: 1200, 2400, 4800, 9600, 57600.

Вы должны установить одинаковую скорость передачи данных на обеих сторонах (мобильный и портативный).

Примечание: Чем выше скорость передачи, тем больше данных может быть передано за меньшее время.

Однако я рекомендую использовать до 115200 в качестве безопасного предела из-за несоответствия частоты дискретизации на стороне приемника.

# 2 Обрамление

Framing показывает, сколько бит данных вы хотите отправить с хост-устройства (портативного компьютера) на мобильное устройство (получатель). Это 5, 6, 7 или 8 бит? В основном для многих устройств предпочтительнее 8 бит. После выбора 8-битного блока данных отправитель и получатель должны согласовать порядок байтов.

# 3 Синхронизация

Передатчик добавляет битов синхронизации ( 1 Start bit и 1 или 2 Stop bit) к исходному кадру данных.Биты синхронизации помогают получателю определить начало и конец передачи данных. Этот процесс известен как асинхронная передача данных .

# 4 Контроль ошибок

Повреждение данных может произойти из-за внешнего шума на стороне приемника. Единственное решение для получения стабильного вывода — это проверить Parity .

Если двоичные данные содержат четное число 1 из , оно известно как четность , а бит четности установлен на « 1 ».Если двоичные данные включают в себя нечетное число 1 и , это называется с нечетной четностью , и теперь бит четности установлен на « 0 ».

Асинхронные последовательные протоколы

Самый частый вопрос, который приходит в голову, когда вы начинаете работать со встроенной системой, — зачем использовать асинхронные протоколы?

• Для перемещения информации на большее расстояние и
• Для более надежной передачи данных.

Некоторые из протоколов асинхронной связи:

Протокол RS-232

• RS232 — это первый последовательный протокол, используемый для подключения модемов для телефонии.RS означает Рекомендуемый стандарт, , и теперь он был изменен на EIA ( Electronic Industries Alliance, ) / TIA ( Telecommunication Industry Association).
• Он также используется в модемах, мышах и станках с числовым программным управлением. Вы можете подключить только один передатчик к одному приемнику.
• Он поддерживает полнодуплексную связь и обеспечивает скорость передачи до 1 Мбит / с.
• Длина кабеля не должна превышать 50 футов.

Как известно, данные хранятся в памяти в виде байтов.У вас могут возникнуть сомнения. Как побайтовые данные преобразуются в двоичные биты? Ответ — последовательный порт.

Последовательный порт имеет внутреннюю микросхему под названием UART . UART — это аббревиатура от Universal Asynchronous Receiver Transmitter, которая преобразует параллельные данные (байты) в побитовую последовательную форму.

Последовательный порт RS232

Подключение проводов RS-232

Последовательный порт RS232 имеет девять контактов, вилка или розетка. Интерфейс последовательной связи RS 232C — это более поздняя версия RS232.

Все функции, присутствующие в RS232, присутствуют в модели RS232C, за исключением того, что она имеет 25 контактов. Из 25 или 9 контактов мы используем только три контакта для подключения оконечных устройств.

Подключение проводов RS232

Интерфейс RS422

Мы можем передавать данные только со скоростью до 1 Мбит / с, используя RS232. Чтобы преодолеть эту проблему, на сцену выходит RS422. RS422 — это многоточечный последовательный интерфейс. мы можем подключить десять передатчиков к 10 приемникам одновременно, используя одну шину.Он отправляет данные с помощью двух кабелей витой пары (, , дифференциальная конфигурация, , ). Длина кабеля составляет 4000 футов со скоростью передачи 10 Мбит / с.

Подключение проводов RS 422

Интерфейс RS485

RS485 — предпочтительный протокол в отрасли. В отличие от RS422, вы можете подключить 32 линейных драйвера и 32 приемника в дифференциальной конфигурации. Передатчик также называется Line driver . Однако одновременно активен только один передатчик.

Подключение проводов RS485

Примечание: Как для RS232, так и для RS485, вы должны разорвать соединение вручную.

Протокол 1-Wire

Один провод аналогичен протоколу I2c. Но разница в том, что однопроводный протокол использует одну линию данных и землю. Он не требует тактового сигнала, а ведомые устройства синхронизируются с помощью внутреннего кварцевого генератора. Обеспечивает полудуплексную связь.

Один провод использует 64-битную схему адресации.Преимущество однопроводного интерфейса в том, что он поддерживает связь на большом расстоянии при невысокой стоимости. Но недостатком является меньшая скорость.

Асинхронные проводные протоколы хорошо подходят для связи на больших расстояниях. Однако есть один недостаток, дающий возможность синхронным последовательным интерфейсам.

Недостатком является то, что при необходимости подключения большего количества передатчиков и приемников стоимость установки возрастает.

Синхронные последовательные протоколы

Протоколы синхронной связи — лучшие ресурсы для бортовой периферии.Преимущество состоит в том, что вы можете подключить к одной шине больше устройств. Некоторые из синхронных протоколов: I ² C , SPI , CAN и LIN .

Протокол I2C

I2c (Межинтегральная схема) — это двухпроводной двунаправленный протокол, используемый для обмена данными между различными устройствами на одной шине. I2c использует 7-битный или 10-битный адрес, что позволяет подключать до 1024 устройств. Но для генерации условий запуска и остановки требуется тактовый сигнал.Преимущество в том, что он обеспечивает передачу данных со скоростью 400 кбит / с. Подходит для бортовой связи.

Протокол SPI Протокол

SPI (последовательный периферийный интерфейс) отправляет и принимает данные в непрерывном потоке без каких-либо прерываний. Этот протокол рекомендуется для высокоскоростной передачи данных. Максимальная скорость, которую он может обеспечить, составляет 10 Мбит / с.

В отличие от i2c, SPI имеет 4 провода. Это MOSI (главный выход, подчиненный вход), MISO (главный в подчиненном выходе), тактовый сигнал и сигнал выбора подчиненного.Теоретически мы можем подключить неограниченное количество ведомых устройств, и практически это зависит от емкости нагрузки шины.

Протокол CAN

Этот протокол предназначен для автомобильных систем или автомобилей. Это ориентированный на сообщения протокол, используемый для мультиплексной электропроводки с целью экономии меди. Это мульти-ведущая многосерийная шина, используемая в таких приложениях, как автоматический запуск / остановка транспортных средств, системы предотвращения столкновений и т. Д.

USB Интерфейс USB

— лучшая альтернатива последовательным или параллельным портам.Передача данных, связанная с портами USB, намного быстрее, чем через последовательный и параллельный интерфейсы. USB поддерживает скорость от 1,5 Мбит / с (USB 1.0) до 4,8 Гбит / с (USB 3.0). Сегодня большинство встраиваемых устройств используют технику USB OTG (программирование на ходу) для выгрузки шестнадцатеричного файла в микроконтроллер.

Микропровода

Microwire — это трехпроводной протокол последовательной связи. Он имеет последовательный порт ввода-вывода на микроконтроллере для взаимодействия с периферийными микросхемами. Он поддерживает скорость до 3 Мбит / с.Это быстрее, чем i2c и подмножество протокола SPI.

Заключение

Последовательная связь

является жизненно важной частью в области электроники и встроенных систем. Скорость передачи данных имеет решающее значение, если два устройства хотят обмениваться информацией на одной шине. Следовательно, необходимо выбрать действующий последовательный протокол для любого приложения.

Также прочтите: Что такое встроенная система и как она работает?

Основы

, режимы передачи, синхронные и асинхронные последовательные протоколы

Прежде чем приступить к протоколам последовательной связи, давайте разберем терминологию на три части.Связь — это очень хорошо известная терминология, которая включает обмен информацией между двумя или более носителями. Во встроенных системах коммуникация означает обмен данными между двумя микроконтроллерами в виде битов. Этот обмен битами данных в микроконтроллере осуществляется некоторым набором определенных правил, известных как протоколы связи . Теперь, если данные отправляются в серии , то есть один за другим, протокол связи известен как Протокол последовательной связи .Более конкретно, биты данных передаются по одному последовательным образом по шине данных или каналу связи при последовательной связи.

Типы протоколов связи

В цифровой электронике доступны различные типы передачи данных, такие как последовательная связь и параллельная связь. Точно так же протоколы делятся на два типа, такие как протокол последовательной связи и протоколы параллельной связи .Примерами протоколов параллельной связи являются ISA, ATA, SCSI, PCI и IEEE-488. Аналогичным образом существует несколько примеров протоколов последовательной связи, таких как CAN, ETHERNET, I2C, SPI, RS232, USB, 1-Wire и SATA и т. Д.

В этой статье будут обсуждаться различных типов протоколов последовательной связи . Последовательная связь — это наиболее широко используемый подход для передачи информации между периферийными устройствами обработки данных.Каждое электронное устройство, будь то персональный компьютер (ПК) или мобильный телефон, работает по последовательной связи. Протокол представляет собой безопасную и надежную форму связи, имеющую набор правил, адресованных исходному хосту (отправителю) и целевому хосту (получателю), аналогично параллельному обмену данными.

Режимы передачи при последовательной связи

Как уже было сказано выше, при последовательной связи данные передаются в виде битов, то есть двоичных импульсов, и хорошо известно, что двоичная единица представляет собой высокий логический уровень, а ноль — низкий логический уровень.Существует несколько типов последовательной связи в зависимости от типа режима передачи и передачи данных. Режимы передачи классифицируются как симплексный, полудуплексный и полнодуплексный.

Симплексный метод:

В симплексном методе одновременно может быть активным любой из носителей, то есть отправитель или получатель. Таким образом, если отправитель передает данные, то получатель может только принять, и наоборот. Таким образом, симплексный метод — это метод односторонней связи .Хорошо известными примерами симплекс-метода являются Телевидение и Радио.

Полудуплексный метод:

В полудуплексном методе и отправитель, и получатель могут быть активными, но не одновременно. Таким образом, если отправитель передает, то получатель может принять, но не может отправить, и аналогично наоборот. Хорошо известными примерами полудуплекса является Интернет, где пользователь отправляет запрос данных и получает их с сервера.

Полнодуплексный метод:

В полнодуплексном методе и приемник, и передатчик могут отправлять данные друг другу одновременно.Хорошо известный пример — мобильный телефон.

Помимо этого, для надлежащей передачи данных важную роль играют часы, и они являются одним из основных источников. Неисправность часов приводит к неожиданной передаче данных, иногда даже к потере данных. Таким образом, синхронизация часов становится очень важной при использовании последовательной связи.

Синхронизация часов

Часы отличаются для последовательных устройств и подразделяются на два типа, а именно.Синхронный последовательный интерфейс и асинхронный последовательный интерфейс.

Синхронный последовательный интерфейс:

Это двухточечное соединение от ведущего к ведомому. В этом типе интерфейса все устройства используют одну шину ЦП для обмена данными и часами. Передача данных становится быстрее с той же шиной для совместного использования часов и данных. Также в этом интерфейсе нет несоответствия в скорости передачи данных. На стороне передатчика происходит сдвиг данных на последовательную линию, обеспечивая синхронизацию как отдельный сигнал, поскольку к данным не добавляются биты запуска, остановки и четности.На стороне приемника данные извлекаются с использованием часов, предоставленных передатчиком, и преобразуют последовательные данные обратно в параллельную форму. Хорошо известные примеры — I2C и SPI.

Асинхронный последовательный интерфейс:

В асинхронном последовательном интерфейсе внешний тактовый сигнал отсутствует. Асинхронные последовательные интерфейсы используются в основном в приложениях на большие расстояния и идеально подходят для стабильной связи. В асинхронном последовательном интерфейсе отсутствие внешнего источника синхронизации заставляет его полагаться на несколько параметров, таких как управление потоком данных, управление ошибками, управление скоростью передачи, управление передачей и управление приемом.На стороне передатчика происходит сдвиг параллельных данных на последовательную линию с использованием собственных часов. Также он добавляет биты запуска, остановки и проверки четности. На стороне приемника приемник извлекает данные, используя свои собственные часы, и преобразует последовательные данные обратно в параллельную форму после удаления битов запуска, остановки и четности. Хорошо известными примерами являются RS-232, RS-422 и RS-485.

Прочие термины, относящиеся к последовательной связи

Помимо тактовой синхронизации, при последовательной передаче данных следует помнить о некоторых вещах, таких как скорость передачи, выбор битов данных (кадрирование), синхронизация и проверка ошибок.Давайте кратко обсудим эти термины.

Скорость передачи: Скорость передачи — это скорость, с которой данные передаются между передатчиком и приемником в виде битов в секунду (бит / с). Чаще всего используется скорость 9600 бод. Но есть и другие варианты скорости передачи, например 1200, 2400, 4800, 57600, 115200. Чем выше будет скорость передачи данных, тем больше данных будет передаваться за один раз. Также для передачи данных скорость передачи данных должна быть одинаковой как для передатчика, так и для приемника.

Кадрирование: Кадрирование относится к количеству битов данных, которые должны быть отправлены от передатчика к приемнику.Количество битов данных различается в зависимости от приложения. Большинство приложений использует 8 бит в качестве стандартных битов данных, но также можно выбрать 5, 6 или 7 бит.

Синхронизация: Биты синхронизации важны для выбора блока данных. Он сообщает начало и конец битов данных. Передатчик установит стартовый и стоповый биты для кадра данных, а приемник определит его соответствующим образом и выполнит дальнейшую обработку.

Контроль ошибок: Контроль ошибок играет важную роль при последовательной связи, поскольку существует множество факторов, которые влияют и добавляют шум в последовательной связи.Чтобы избавиться от этой ошибки, используются биты четности, в которых проверяется четность и нечетность. Таким образом, если кадр данных содержит четное число единиц, то это называется четностью, а бит четности в регистре установлен на 1. Аналогично, если кадр данных содержит нечетное число единиц, то он известен как нечетная четность и очищает бит нечетной четности в регистре.

Протокол

похож на общий язык, который система использует для понимания данных. Как описано выше, протокол последовательной связи делится на типы i.е. Синхронный и асинхронный. Теперь и то, и другое мы обсудим подробно.

Синхронные последовательные протоколы

Синхронный тип последовательных протоколов, таких как SPI, I2C, CAN и LIN. используется в различных проектах, потому что это один из лучших ресурсов для встроенных периферийных устройств. Также это широко используемые протоколы в основных приложениях.

Протокол SPI

Последовательный периферийный интерфейс (SPI) — это синхронный интерфейс, который позволяет соединять несколько микроконтроллеров SPI.В SPI для линии данных и синхронизации требуются отдельные провода. Также часы не включаются в поток данных и должны быть представлены как отдельный сигнал. SPI может быть настроен как ведущий или ведомый. Четыре основных сигнала SPI (MISO, MOSI, SCK и SS), Vcc и Ground являются частью передачи данных. Таким образом, для отправки и получения данных от ведомого или ведущего требуется 6 проводов. Теоретически SPI может иметь неограниченное количество ведомых устройств. Передача данных настраивается в регистрах SPI. SPI может обеспечивать скорость до 10 Мбит / с и идеально подходит для высокоскоростной передачи данных.

Большинство микроконтроллеров имеют встроенную поддержку SPI и могут быть напрямую подключены к устройству с поддержкой SPI:

Последовательная связь I2C

Двухлинейная связь между интегральными схемами (I2C) между различными ИС или модулями, где две линии — это SDA (последовательная линия данных) и SCL (последовательная линия синхронизации). Обе линии должны быть подключены к положительному источнику питания с помощью подтягивающего резистора.I2C может обеспечивать скорость до 400 Кбит / с и использует 10-битную или 7-битную систему адресации для нацеливания на конкретное устройство на шине i2c, поэтому к нему можно подключать до 1024 устройств. Он имеет ограниченную длину сообщения и идеально подходит для общения на борту. Сети I2C легко настроить, поскольку в них используются только два провода, а новые устройства можно просто подключить к двум общим линиям шины I2C. Как и SPI, микроконтроллер обычно имеет контакты I2C для подключения любого устройства I2C:

USB

USB (универсальная последовательная шина) — это широко распространенный протокол с различными версиями и скоростями.К одному хост-контроллеру USB можно подключить до 127 периферийных устройств. USB действует как устройство «подключи и работай». USB используется почти в таких устройствах, как клавиатуры, принтеры, мультимедийные устройства, камеры, сканеры и мышь. Он разработан для легкой установки, более быстрого расчета данных, меньшего количества кабелей и горячей замены. Он заменил более громоздкие и медленные последовательные и параллельные порты. USB использует дифференциальную передачу сигналов, чтобы уменьшить помехи и обеспечить высокоскоростную передачу на большие расстояния.

Дифференциальная шина состоит из двух проводов, один из которых представляет передаваемые данные, а другой — их дополнение.Идея состоит в том, что «среднее» напряжение на проводах не несет никакой информации, что снижает помехи. В USB устройствам разрешено потреблять определенное количество энергии без запроса хоста. USB использует только два провода для передачи данных и быстрее, чем последовательный и параллельный интерфейсы. Версии USB поддерживают разные скорости, такие как 1,5 Мбит / с (USB v1.0), 480 Мбит / с (USB2.0), 5 Гбит / с (USB v3.0). Длина отдельного USB-кабеля может достигать 5 метров без концентратора и 40 метров с концентратором.

CAN

Сеть контроллеров (CAN) используется, например, в автомобильный, чтобы обеспечить связь между ЭБУ (блоками управления двигателем) и датчиками. Протокол CAN является надежным, недорогим, основанным на сообщениях протоколом и подходит для многих приложений, например легковые, грузовые, тракторы, промышленные роботы. Система CAN-шины позволяет выполнять централизованную диагностику ошибок и настройку всех ЭБУ. Сообщения CAN имеют приоритет через идентификаторы, так что идентификаторы наивысшего приоритета не прерываются.Каждый ЭБУ содержит микросхему для приема всех передаваемых сообщений, определения актуальности и соответствующих действий — это позволяет легко модифицировать и включать дополнительные узлы (например, регистраторы данных шины CAN). Приложения включают запуск / остановку транспортных средств, системы предотвращения столкновений. Системы шины CAN могут обеспечивать скорость до 1 Мбит / с.

Микропровода

MICROWIRE — это последовательный 3-проводный интерфейс со скоростью 3 Мбит / с [полнодуплексный], по сути, являющийся подмножеством интерфейса SPI. Microwire — это последовательный порт ввода / вывода на микроконтроллерах, поэтому шину Microwire можно также найти в EEPROM и других периферийных микросхемах.Три строки — это SI (последовательный вход), SO (последовательный выход) и SK (последовательные часы). Линия последовательного ввода (SI) к микроконтроллеру, SO — это линия последовательного вывода, а SK — линия последовательных часов. Данные сдвигаются по заднему фронту SK и оцениваются по переднему фронту. SI смещается на переднем фронте SK. Дополнительное расширение шины для MICROWIRE называется MICROWIRE / Plus. Основное различие между двумя шинами заключается в том, что архитектура MICROWIRE / Plus внутри микроконтроллера более сложна.Он поддерживает скорость до 3 Мбит / с.

Асинхронные последовательные протоколы

Асинхронный тип последовательных протоколов очень важен, когда речь идет о надежной передаче данных на большие расстояния. Асинхронная связь не требует тактовых импульсов , общих для обоих устройств. Каждое устройство независимо прослушивает и отправляет цифровые импульсы, представляющие биты данных, с согласованной скоростью. Асинхронная последовательная связь иногда называется последовательной транзисторно-транзисторной логикой (TTL), где высокий уровень напряжения равен логической 1, а низкое напряжение равно логическому 0.Почти каждый микроконтроллер, представленный сегодня на рынке, имеет как минимум один универсальный асинхронный приемопередатчик (UART) для последовательной связи. Примеры: RS232, RS422, RS485 и т. Д.

RS232

RS232 (рекомендуемый стандарт 232) — очень распространенный протокол, используемый для подключения различных периферийных устройств, таких как мониторы, ЧПУ и т. Д. RS232 поставляется с разъемами типа «папа» и «мама». RS232 представляет собой топологию «точка-точка» с подключением максимум одного устройства и покрывает расстояние до 15 метров со скоростью 9600 бит / с.Информация по интерфейсу RS-232 передается в цифровом виде логическими 0 и 1. Логическая «1» (МАРКА) соответствует напряжению в диапазоне от -3 до -15 В. Логический «0» (ПРОБЕЛ) соответствует напряжение в диапазоне от +3 до +15 В. Поставляется в разъеме DB9, который имеет 9 распиновок: TxD, RxD, RTS, CTS, DTR, DSR, DCD, GND.

RS422

RS422 аналогичен RS232, который позволяет одновременно отправлять и получать сообщения по отдельным линиям, но использует для этого дифференциальный сигнал.В сети RS-422 может быть только одно передающее устройство и до 10 принимающих устройств. Скорость передачи данных в RS-422 зависит от расстояния и может варьироваться от 10 кбит / с (1200 метров) до 10 Мбит / с (10 метров). Линия RS-422 — это 4 провода для передачи данных (2 скрученных провода для передачи и 2 скрученных провода для приема) и один общий заземляющий провод GND. Напряжение на линиях передачи данных может находиться в диапазоне от -6 В до +6 В. Логическая разница между A и B больше +0,2 В.Логическая 1 соответствует разнице между A и B менее -0,2 В. Стандарт RS-422 не определяет конкретный тип разъема, обычно это может быть клеммная колодка или разъем DB9.

RS485

Поскольку RS485 использует многоточечную топологию, он наиболее широко используется в промышленности и является предпочтительным протоколом в отрасли. RS422 может подключать 32 линейных драйвера и 32 приемника в дифференциальной конфигурации, но с помощью дополнительных повторителей и усилителей сигнала до 256 устройств.RS-485 не определяет конкретный тип разъема, но часто это клеммная колодка или разъем DB9. Скорость работы также зависит от длины линии и может достигать 10 Мбит / с на расстоянии 10 метров. Напряжение на линиях находится в диапазоне от -7 В до +12 В. Существует два типа RS-485: полудуплексный режим RS-485 с 2 контактами и полнодуплексный режим RS-485 с 4 контактами. Чтобы узнать больше об использовании RS485 с другими микроконтроллерами, перейдите по ссылкам:

Заключение

Последовательная связь — одна из широко используемых систем интерфейса связи в электронике и встроенных системах.Скорость передачи данных может быть разной для разных приложений. Протоколы последовательной связи могут играть решающую роль при работе с такого рода приложениями. Поэтому выбор правильного последовательного протокола становится очень важным.

Последовательная связь — Meccanismo Complesso

Просмотры сообщений: 4949

Введение

Один из основополагающих принципов электроники — модульность. Это всегда было одним из его выигрышных аспектов, поскольку все проекты можно разделить на модули, которые, в свою очередь, подразделяются на дополнительные модули и так далее.Это сделало все проекты легко выполнимыми и управляемыми, где каждый модуль можно рассматривать отдельно, улучшать и заменять. Однако эта эффективность сделала необходимым еще один аспект: связь , связь между различными модулями. Эта статья начнется с общего обзора для дальнейшего углубления и подробного анализа последовательной связи .

Параллельная и последовательная связь

Параллельная связь основана на интерфейсах, которые могут передавать несколько битов одновременно, используя шину данных .Эти шины данных обычно передаются через набор из 8, 16, 32,… проводов, по которым сигналы принимают только двоичные значения, такие как 0 и 1. Это шина, 8, 16, 32 бита. В дополнение к этим кабелям есть еще один, называемый CLK (часы), предназначенный для сканирования момента, когда биты должны быть прочитаны (байты).

С другой стороны, последовательная связь основана на потоке битов, передаваемых по одному кабелю, в котором биты передаются по одному. Опять же, в этом случае есть второй канал связи, называемый CLK (часы), который отмечает время чтения каждого отдельного бита.Таким образом, последовательная связь основана только и всегда на двух одиночных кабелях.

Таким образом, параллельная связь более эффективна: ее быстрее, проще и относительно легко реализовать. Но есть один аспект, который необходимо учитывать: для этого требуется много линий ввода-вывода. В некоторых случаях это действительно проблема, поскольку у многих микропроцессоров не так много доступных портов ввода-вывода, и для параллельного обмена данными потребуется много, слишком много. Так часто он используется для последовательной связи, хотя он и менее быстр, но все же может использовать несколько каналов.

Асинхронная последовательная связь

За прошедшие годы многие типы последовательных протоколов эволюционировали, чтобы в значительной степени соответствовать текущим потребностям. Некоторые из них, такие как USB (универсальная последовательная шина) и Ethernet , оказались очень успешными и известны профанам. Другие протоколы, такие как SPI и I2C , известны и используются в электронной промышленности. Но есть много других протоколов, каждый из которых специализируется на определенной цели.

Как правило, все последовательные протоколы можно разделить на две группы: синхронных и асинхронных .

Синхронная последовательная связь всегда связана с сигналом ЧАСЫ, так что все устройства на последовательной шине используют общие часы. Эта конкретная конфигурация обеспечивает более простую и часто более быструю передачу данных, но также требует дополнительного канала для связи. I2C и SPI — это два синхронных протокола последовательной связи.

Асинхронная последовательная связь , с другой стороны, не использует внешний сигнал ЧАСОВ и, следовательно, требует меньше каналов ввода / вывода для связи. За счет этого должна быть реализована надежная система передачи и приема данных. Наиболее распространенными последовательными протоколами являются Bluetooth, Xbee, GPS-модуль.

Правила асинхронной последовательной связи

Асинхронный последовательный протокол основан на внутреннем механизме, основанном на некоторых правилах.Эти правила позволяют сделать передачу данных более надежной:

• бит данных
• битов синхронизации
• бит четности
• скорость передачи

Таким образом, когда два устройства устанавливают асинхронную последовательную связь, важно, чтобы они были настроены одинаково, следуя одним и тем же правилам.

Скорость передачи

Скорость передачи — это правило (или конфигурация), определяющее, насколько быстро данные отправляются по последовательной линии.Обычно выражается в бит / с, (бит в секунду), и его обратное значение будет указывать, сколько времени занимают отдельные биты при передаче данных. Это правило позволяет вам избегать использования ЧАСОВ, поскольку вы заранее знаете длину и скорость каждого отдельного бита данных.

Чаще всего используется скорость передачи 9600 бит / с, но существует также множество других стандартных значений (2400, 4800, 19200, 57600 и т. Д.). Как видите, значения скорости передачи данных также могут расти, но почему бы не использовать более высокие значения? На самом деле эти значения оптимизированы в зависимости от производительности микроконтроллеров, участвующих в обмене данными.Вскоре вы обнаружите, что все более высокие значения будут приводить к более частым ошибкам связи из-за предела работоспособности микроконтроллера.

Фрейминг данных

В дополнение к правилу скорости передачи существуют другие правила, которые влияют на последовательность передаваемых данных. Легко догадаться, что данные должны соответствовать определенной последовательности, и это конкретное действие называется кадрированием . Фактически, данные (которые представляют собой не что иное, как битовые пакеты) делятся на более мелкие блоки, называемые блоками (или блоками ).Каждый блок данных, передаваемый по асинхронной последовательной связи, должен быть встроен в битовый кадр, который имеет определенную структуру.

Биты данных

Данные, которые должны быть переданы, затем разделяются на блоки и вставляются в последовательные пакеты, куда также добавляются другие конкретные битовые последовательности. Количество битов, вставленных в каждый отдельный пакет, может варьироваться, обычно от 5 до 9 бит, то есть длина байта. Итак, во-первых, два взаимодействующих устройства должны быть настроены на прием и интерпретацию того же количества битов, что и блок данных.Но этого недостаточно, они также должны будут соответствовать старшему биту MSB (самому старшему биту). То есть им придется согласовать, будет ли это первым или последним переданным битом.

Биты синхронизации

Биты синхронизации — это 2–3 бита, которые добавляются и передаются в каждую часть данных. Эти биты делятся на стартовых битов и стоповых битов . Эти биты очень важны, потому что они определяют начало и конец каждого пакета данных.Стартовый бит всегда указывается, когда свободная линия данных переключается из состояния 1 в состояние 0, в то время как стоповые биты сбрасывают строку отчета состояния ожидания в состояние 1.

Бит четности

Четность — это очень простой метод проверки наличия ошибок во время передачи. У него есть только два возможных состояния: четное или нечетное. Бит четности вычисляется путем суммирования всех битов блока данных, и если сумма четная, то бит устанавливается в 1 (истина), в противном случае он устанавливается в 0 (нечетный).

Правило битов четности, несмотря на их полезность, не всегда используется, поскольку для их анализа требуется время, что снижает скорость передачи.

Последовательная шина

Последовательная шина состоит из двух кабелей, соединяющих два устройства друг с другом. Каждое устройство имеет два выделенных порта передачи данных ( TX, ) и один для приема данных ( RX ). Каждый кабель должен быть подключен к концу с портом RX и другим TX. Таким образом, каждый кабель будет предназначен для передачи данных от одного устройства к другому, но не наоборот. Данные для каждого кабеля будут идти в одном направлении.

Также необходимо, чтобы оба устройства имели одинаковый уровень заземления (GND), чтобы передаваемые данные имели согласованные уровни напряжения между двумя системами.На графике это указано как дополнительный кабель, соединяющий два порта GND двух устройств.

Последовательная связь, при которой оба устройства могут отправлять и получать данные одновременно, называется полнодуплексным . В то время как полудуплекс указывается, когда устройства отправляют данные поочередно, то есть каждое устройство будет отправлять данные в своем диапазоне связи. Наконец, есть последовательная связь, когда между двумя разными устройствами есть только один кабель, этот тип связи называется симплекс .

Практическая реализация — TTL и RS-232

До сих пор вы рассматривали последовательную связь с концептуальной точки зрения. Теперь вы увидите, как это можно реализовать на самом деле. Существует несколько последовательных протоколов, каждый из которых реализован по-своему. В частности, мы проанализируем два из них среди наиболее распространенных: TTL логического уровня и RS-232 .

Микроконтроллеры

и другие интегральные схемы обычно обмениваются данными по последовательному каналу и используют систему TTL (транзисторно-транзисторная логика) .Напряжения на канале могут быть два: Vcc и GND. Vcc обычно составляет 3,3 В или 5 В в зависимости от используемой схемы цепи, а GND — 0 В. Когда канал связи принимает значение Vcc, это может означать либо то, что он находится в состоянии IDLE, либо бит значения 1, либо стоповый бит. Хотя он примет значение GND, он может быть либо битом 0, либо стартовым битом.

Самая известная система — это RS-232 , которая часто использовалась на наших компьютерах для связи с различными периферийными устройствами.Основная концепция его работы очень похожа на TTL, только диапазон напряжений, в котором он работает, составляет -13 / + 13V (но также и другие значения), а также напряжения битов переворачиваются. Фактически, в этом случае, когда линия принимает низкое напряжение (-13 В), у нас будет либо состояние холостого хода сигнала, либо стоповый бит, либо бит значения 1. Предполагая высокое напряжение (+ 13 В), вы либо будете иметь стартовый бит или бит со значением 0. Совершенно противоположно тому, как ведет себя TTL.

УАПП

Заключительная часть этого обсуждения — найти что-то, что позволяет нам создавать последовательные пакеты и управлять физическими аппаратными линиями: UART.

UART (универсальный асинхронный приемник / передатчик) — это часть цепи, отвечающая за последовательную связь. В частности, UART действует как интерфейс между последовательной и параллельной связью. Фактически, с одной стороны у нас будет шина из 8 линий для параллельной связи, а с другой стороны — два последовательных выхода RX и TX .

UART существуют как автономные интегральные схемы (ИС), но часто они уже могут быть интегрированы в микроконтроллеры (у некоторых также есть другие).Например, Arduino UNO имеет 1 интегрированный UART, Arduino Mega — 4.

Итак, UART выполняют некоторые сложные функции. Что касается широковещательной передачи, UART должны создавать пакеты данных, добавлять биты четности и синхронизации и отправлять их в линию TX. Что касается приема, то UART должны производить выборку полученных битов в соответствии с правилами скорости передачи, а затем удалять биты синхронизации и четности, извлекая блоки данных.

Выводы

В этой статье вы видели краткий обзор электронных коммуникаций между модулями, которые разделены на последовательный и параллельный .В частности, вы видели концепции и правила, лежащие в их основе, и то, как они на самом деле реализуются с помощью протоколов RS-232, и TTL . Это лишь одна из первых статей, знакомящих с электронной промышленностью. Другие статьи, представляющие общий интерес, будут иллюстрировать другие концепции, лежащие в основе электроники. [:]

Законов последовательного и параллельного подключения презентационных проводов. Последовательное и параллельное соединение проводов. Законы последовательного соединения проводов

Повторение

Чижова Вера Александровна

Учитель физики и информатики

МБОУ СОШ с.Красное,

Ненецкий автономный округ.

• Скорость движения заряда по проводнику
• Заряд, проходящий через проводник за 1 с
• Обозначается ()
• Единица измерения (А) ампер
• Измеряется амперметром
• Зависит от напряжения и сопротивления (Закон Ома)

• Напряжение — это работа электрического поля по перемещению единичного заряда (1С) по проводнику
• Обозначается буквой (U)
• Измеряется вольтметром
• Единица измерения (В) Вольт

• Свойство проводника препятствовать движению заряженных частиц по проводнику под действием электрического поля
• Обозначается R
• Единица измерения (Ом)
• Зависит от физических свойств проводника

Законы последовательного соединения проводов

• Сила тока одинакова во всех частях цепи
• Суммарное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных участков цепи
• Общее напряжение равно сумме напряжений в отдельных участках

• 1) Требуется сделать елочную гирлянду из лампочек.рассчитан на напряжение 6 В, чтобы его можно было подключать к сети 120 В. Сколько лампочек для этого взять?

• A) 4. B) 8 C) 16 D) 20 E) 30.

• 2) Определить полное сопротивление цепи, если сопротивление выводных проводов составляет 2 Ом, включенная часть реостата
• Лампы 64 Ом и 294 Ом (рис. 159).

• 1,240 Ом; 2.180 Ом; 3,100 Ом; 4.120 Ом; 5,360 Ом.

• 3) При замере напряжения на проводе R 1 оно оказалось равным 12 В.Когда вольтметр был подключен к проводнику R 2 , , то он показал 45 В (рис. 160). Рассчитайте сопротивление R 2, если R 1 = 40 Ом.

• А) 360 Ом; Б) 135 Ом; Б) 150 Ом; Г) 4 Ом; Е) 40 Ом.

• 4) В каждом из двух ТЭНов котла сила тока составляет 5 А. Определить ток в питающих проводах, если элементы соединены последовательно.

• А) 25 А; Б) 5 А; Б) 10 А; Г) 2,5 А.

• 5) Проводники с сопротивлением 2.4 и 6 Ом соединены последовательно и включены в сеть с напряжением 36 В. Рассчитайте ток в проводниках.

• А) 3 А; Б) 0,33 А; Б) 432 А; Г) 0,5 А; E) 0,3 А.

• 1) Ток в проводнике R 1 равно 4 А. Какой ток в проводнике R 2 (рис. 161).

• А) 4 А; Б) 2 А; Б) 8 А; Г) 16 А.

• 2) Сопротивление лампы R 1 = 300 Ом, а напряжение на ней 90 В.Что покажет вольтметр, если его подключить к лампе с сопротивлением R2 = 400 Ом (рис. 162)?

• А) 240 В; Б) 180 В; Б) 100 В; Г) 120 В; E) 360 В.

• 3) Три одинаковые лампы соединены последовательно с напряжением 120 В (рис. 163). Какое напряжение на каждом из них?

• А) 360 В; Б) 120 В; Б) 60 В; Г) 4 В; E) 40 В.

• 4) На рисунке 164 изображен ступенчатый реостат, в котором сопротивления R 1 = R 2 = R 3 =… = R 5 = 10 Ом.Рассчитайте сопротивление в данном положении подвижного контакта К.

• А) 20 Ом; Б) 50 Ом; Б) 40 Ом; Г) 30 Ом; E) 3,3 Ом.

• 5) Сопротивление электрической лампы R , а амперметр был подключен к сети 200 В, как показано на рисунке 165. Вычислите сопротивление R , , если амперметр показывает ток 0,5 А. Сопротивление лампы составляет 240 Ом.

• А) 120 Ом; Б) 160 Ом; Б) 260 Ом; Г) 60 Ом.

• Резистор номиналом 2 (Ом) включен в цепь 12 В. Какое сопротивление нужно подключить еще один резистор, чтобы сила тока была 2А

Повторение: последовательное соединение проводов

• В цепи с напряжением источника 12 В подключаются два резистора и лампочка. Напряжение на лампочке 5В, на первом резисторе 3В. Сопротивление второго резистора 6 (Ом). Определяем сопротивление первого резистора и лампочки
.

• Ток в неразветвленной части цепи равен сумме токов в ветвях
• Напряжение на всех параллельных участках одинаково
• Обратная величина общего сопротивления равна сумме взаимные значения сопротивлений всех параллельных участков

Задачи по параллельному подключению потребителей

Сопротивления резисторов соответственно равны 4.6,12 (Ом). Определите силу тока в каждом резисторе, если напряжение между точками A и B составляет 24 В. Определить ток в неразветвленной части цепи

Токи в резисторах соответственно равны 2А, 1,5А, 3А. Определите сопротивление резисторов, если напряжение между точками A и B составляет 16 В.

Д / с § 48,49 упражнение 22 (1,2), упражнение 23 (3)

Средняя общеобразовательная школа №20 Должность: учитель физики Последовательный составной проводников составной проводников без вилок, когда конец одного проводника соединен с началом другого проводника … При согласованном соединении проводниках : — сила тока, протекающего через каждый …

Последовательное и параллельное соединение …

… «Куринская общеобразовательная школа» Согласованные и параллельные составные проводники … Урок физики 8 класс Тип … Тема урока: « Согласованные и параллельные соединения жилы ». Задачи урока: сформулировать законы согласованных и параллельных соединений проводников … Упражнение 1 …

Исследование последовательного и параллельного портов …

Романовский район. ЦЕЛИ УРОКА: Проверить законы согласованные и параллельные соединения проводников … Оборудование: Источник питания Двухпроводный … напряжение менее 220 В. Выход при согласованном соединении проводниках напряжение на концах рассматриваемого участка цепи …

Напряженность и потенциал электростатического поля в проводнике В проводниках имеются электрически заряженные частицы — носители заряда… — сочетаний параллельных и последовательных подключений конденсаторов. 4.2. Соединение конденсаторы 1) Параллельное соединение Соединение : Общее — это напряжение U …

8pow

Сопротивление. Юниты сопротивления. Закон Ома для участка цепи. 7. Согласованные составные жилы … 8. Параллельные составные жилы … 9. Работа электрического тока. 10. Мощность электрического тока.одиннадцать …

Для участка цепи. Консистентный составной проводников … Параллельный составной проводников … Электротоковые работы. Сила электрического тока. Нагревание проводников, электрошок. Закон Джоуля-Ленца. 4. Консистентная компаунд проводников … Принципиальная схема Монтаж …

2. Какие физические величины сохраняются при согласованных соединение проводников Каково общее сопротивление при последовательном соединении соединении проводниках ? Ответ: При согласованном соединении сила тока во всех резисторах одинакова, а…

Пара зажимов (точек или узлов цепи) называется параллельной Свойства соединений проводников ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКИ ПАРАЛЛЕЛЬНО СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКИ Сила тока: Сила тока во всех частях цепи одинакова. Мощность …

Slide 2

Последовательное соединение проводов

При последовательном соединении проводов конец одного проводника соединяется с началом другого и т. Д.На рисунках изображена цепочка последовательного соединения двух ламп и схема такого подключения. Если одна из лампочек перегорит, цепь разомкнется, а другая погаснет.

Slide 3

Законы о последовательном соединении

Когда проводники соединены последовательно, сила тока на всех участках цепи одинакова: Согласно закону Ома, напряжения U1 и U2 на проводниках равны: общее напряжение U на обоих проводниках равно сумме напряжений U1 и U2: где R — электрическое сопротивление всей цепи.Из этого следует: При последовательном соединении общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников.

Slide 4

Параллельное соединение проводов

При параллельном соединении проводников их начало и конец имеют общие точки подключения к источнику тока.

Slide 5

Правила параллельного соединения проводов

При параллельном соединении напряжения U1 и U2 на всех участках цепи одинаковы: Сумма токов I1 и I2, протекающих по обоим проводникам, равна току в неразветвленной цепи: Запись по закону Ома: где R — электрическое сопротивление всей цепи, получаем, обратное полному сопротивлению цепи, равно сумме значений, противоположных сопротивлениям параллельно соединенных проводников.

Slide 6

Задача 1 Два провода соединены последовательно. Сопротивление одного проводника R = 2 Ом, другого R = 3 Ом. Показание амперметра, подключенного к первому проводнику, I = 0,5 Ом. Определите ток, протекающий по второму проводнику, общий ток в цепи, полное напряжение цепи.

Слайд 7

Решение задачи

Дано: R1 = 2 Ом R2 = 3 Ом I1 = 0.5 А Решение: I1 = I2 = Iu; I2 = Iu = 0,5 AU1 = I1R1; U1 = 0,5 х 2 = 1 (В) U2 = I2R2; U2 = 0,5 х 3 = 1,5 (В) Uu = U1 + U2; Uu = 1 + 1,5 = 2,5 (В) I2, Iu, Uu =? Ответ: I2 = Iu = 0,5 А, Uu = 2,5 В.

Слайд 8

Цель 2.

Слайд 9

Слайд 10

Слайд 11

Слайд 12

Слайд 13

Слайд 14

Цель 3.

Доктор Ватсон и Шерлок Холмс были приглашены друзьями в канун Нового года. И вдруг, как гласит один из законов Мерфи: «Все, что нужно сломать, обязательно сломается, и в самый неподходящий момент». И что случилось? Когда хозяин дома стал включать для детей елочную гирлянду, перегорела одна из лампочек на 3,5 В. Дети расстроены, хозяин в панике, ведь под рукой нет запасной лампочки. «Мы должны спасти праздник», — решил Холмс.И, попросив всех успокоиться, Холмс произнес волшебные слова и совершил одно действие. На радость детям гирлянда загорелась. Позже доктор Ватсон спросил Холмса, что он сделал? Что ответил Холмс?

Slide 15

Преимущества и недостатки соединений

Пример последовательного подключения: гирлянда. Пример параллельного подключения: лампы в рабочем кабинете. Достоинства и недостатки подключений: Параллельное — при перегорании одной лампы горят остальные. Но когда вы включите лампу с меньшим возможным напряжением, она перегорит.Последовательный — лампы с меньшим возможным напряжением включаются в цепь с более высоким напряжением, но при перегорании одной лампы не сгорят все.

Slide 16

Домашнее задание:

Приведите примеры последовательного и параллельного подключения проводов в вашем доме. Повторить. § 48, 49. Упражнение. 22 (2), упражнение 23 (3.4).

Посмотреть все слайды

Опыт показал взаимосвязь между силой тока, напряжением и сопротивлением при последовательном соединении.Есть схемы подключения для последовательного подключения и решения проблем согласно этим схемам.

Посмотреть содержание документа

«Презентация к уроку» Последовательное соединение проводов. «

Символ

Название

Гальванический

Резистор

Амперметр

Вольтметр

Физические величины и их буквенные обозначения.

Сила тока

Напряжение

Сопротивление

Ампер

Вольт

Сила тока

Напряжение

Сопротивление

Физические величины и устройства для их измерения.

Амперметр

Вольтметр

Сила тока

Напряжение

Георг Симон Ом

Известный немецкий физик

Ток (A)

I 1

I 2

Напряжение (В)

U 1

U 2

Сопротивление (Ом)

R 1

R 2

• При последовательном соединении ток в любой части цепи одинаков, т.е.е.

Я = I 1 = I 2 .

Суммарное напряжение в цепи при последовательном включении, или напряжение на полюсах источника тока, равно сумме напряжений на отдельных участках цепи:

U = U 1 + U 2

• Общее сопротивление цепи при последовательном включении равно сумме сопротивлений отдельных проводников:

R = 1 + R 2 .

15 Ом

20 Ом

1. Согласно схеме на рис. 17, определите

показания амперметра и общее сопротивление

в электрической цепи, если R 1 = 5 Ом, R 2 = 3 Ом.

2. Каковы показания амперметра и общее сопротивление электрической цепи

,

показано на рис. 18, если R 1 = 10 Ом, R 2 = 2 Ом?

3. Согласно схеме на рис. 21,

определяют показания амперметра и

сопротивление R2, если R1 = 4 Ом.

Цель урока: 1. Ознакомить учащихся с последовательным и параллельным подключением проводов. 2. Закономерности, существующие в цепи при последовательном и параллельном соединении проводов. Приложение 3. Научить решать задачи по теме: Последовательное и параллельное соединение проводов 4. Закрепить знания обучающихся о различных соединениях проводов и сформировать умение рассчитывать параметры комбинированных цепей

Преимущества и недостатки последовательного подключения Преимущества: Имея элементы, рассчитанные на низкое напряжение (например, лампочки), вы можете соединить их последовательно в необходимом количестве и подключить к источнику с высоким напряжением (так бывают елочные гирлянды. устроил) Недостаток: Достаточно одному устройству (или элементу) выйти из строя при обрыве цепи и все остальные устройства не работают

Достоинства и недостатки параллельного подключения Достоинства: При выходе из строя одной из ветвей остальные продолжают работать.В этом случае каждую ветку можно подключать и отключать отдельно. Недостаток: можно включать устройства, рассчитанные только на это напряжение.

Применение последовательного подключения Основным недостатком последовательного подключения проводов является то, что при выходе из строя одного из элементов соединения отключаются остальные. Например, если перегорела одна из ламп елочной гирлянды, то все другие погаснут. Указанный недостаток может превратиться в преимущество, некоторая цепь должна быть защищена от перегрузки: при увеличении тока цепь должна автоматически отключиться. Как это сделать? (Как это сделать? (Например, использовать предохранители) Приведите примеры применения для последовательного подключения проводов

Применение параллельного подключения В одну электрическую цепь можно параллельно подключать большое количество потребителей электроэнергии.Такая схема подключения текущих потребителей применяется, например, в жилых помещениях. Вопрос к студентам: Как соединены между собой электроприборы в вашей квартире?

Можно ли использовать две одинаковые лампы на 110 В в сети 220 В? Как? Сколько одинаковых резисторов было подключено последовательно, если каждый из них имеет сопротивление 50 Ом, а их общее сопротивление составляет 600 Ом? Два резистора с сопротивлением 5 Ом и 10 Ом подключены параллельно к батарее.Текущая сила у кого из них больше? Как изменится сопротивление электрической цепи, если к любому звену цепи подключить другой резистор: а) последовательно; б) параллельно? Как подключить четыре резистора с сопротивлением 0,5 Ом, 2 Ом, 3,5 Ом и 4 Ом, чтобы их общее сопротивление составляло 1 Ом? Проверка знаний

Было бы полезно прочитать:

Протоколы последовательной связи: основы | Блог Total Phase

Прежде чем мы углубимся в технические аспекты протоколов последовательной связи, давайте поговорим о связи в целом.Мы уже знаем, что общение предполагает обмен информацией между двумя или более людьми. Общение может происходить различными способами — посредством письменных документов, устных слов, аудиозаписей, видеоуроков и многого другого.

Однако что означает «коммуникация» во встроенных системах? Что ж, ответ довольно прост! Это просто обмен данными между двумя микроконтроллерами (встроенными устройствами) в виде битов. Обмен данными (битами) во встроенных системах регулируется набором правил, известных как протоколы связи.

В цифровой связи существует два типа передачи данных:

• Последовательная связь
• Параллельная связь

Для простоты в этой статье мы сосредоточим внимание на основах протоколов последовательной связи.

Последовательная связь

При последовательной связи биты данных передаются поочередно последовательно по шине данных или каналу связи. Чтобы понять это как следует, давайте рассмотрим такую ​​ситуацию:

Представьте, что вы стреляете в цель из лука.Как стрелы летят из лука? По одному, верно? Именно так обстоит дело с последовательной связью; биты данных передаются от одного встроенного устройства к другому по очереди, последовательно.

Теперь, когда мы рассмотрели основы последовательной связи во встроенных системах, давайте продвинемся вперед и обсудим различные типы протоколов последовательной связи.

Протокол CAN

Протокол CAN или Controller Area Network был разработан Робертом Бошем (из GmbH) в 1980-х годах.Ранее, в конце 70-х, производители начали использовать в своих автомобилях передовые функции, такие как антиблокировочные тормозные системы, кондиционеры, центральные дверные замки, подушки безопасности, управление коробкой передач, системы управления двигателем и так далее.

Несмотря на то, что водителям (потребителям) понравились эти новые функции, они также имели некоторые недостатки. Эти достижения потребовали добавления тяжелых и громоздких проводов, дорогих механических деталей и сложной конструкции, что привело к увеличению как стоимости, так и сложности электрических и механических систем в автомобиле.К счастью, Роберт Бош облегчил жизнь инженерам, представив протокол CAN. Протокол CAN изменил управление электронными подсистемами и связь между интеллектуальными датчиками — более простой и дешевый метод, при котором все это можно сделать с помощью одного кабеля

Широкая популярность протокола CAN привела к его стандартизации в 1993 году, получив название ISO 11898. Сегодня протокол CAN охватывает весь спектр встроенных систем, от промышленной автоматизации до торговых фритюрниц для ресторанов и т. Д.

Разработка этих приложений CAN варьируется от довольно простых до чрезвычайно сложных. На этом протоколе много устройств. Если не спроектировать, не разработать и не протестировать должным образом, это может привести к серьезным повреждениям. Очень важно убедиться, что разработка хорошо отслеживается и тестируется. Одним из простых и важных инструментов разработки и тестирования приложений CAN является анализатор протоколов.

Использование протокола CAN:

• Протокол CAN часто используется для организации сети электронных компонентов в автомобиле.
• Он также используется в аэрокосмических приложениях для анализа в полете и объединения в сеть таких компонентов, как топливные системы, насосы и многое другое.
• Производители медицинского оборудования часто используют CAN для создания встроенной сети в медицинских устройствах.

Продукты CAN, предлагаемые Total Phase:

Протокол I2C

Протокол

I2C (произносится как «I two C») или протокол Inter-Integrated Circuits был изобретен компанией Philips Semiconductor.Он также известен как IIC (произносится I-I-C) и I2C (произносится как I-квадрат-C). Хотя этой технологии более трех десятилетий, протокол I2C широко используется сегодня. Фактически, он поддерживает огромное количество встроенных систем.

Протокол I2C позволяет инженерам встраиваемых систем подключать несколько подчиненных устройств с одним или несколькими ведущими устройствами. Подобно протоколу SPI, он предназначен в первую очередь для связи на короткие расстояния в двух микросхемах (интегральных схемах) на одной печатной плате принтера (PCB).

Для передачи и приема битов данных требуется только два двунаправленных провода. Что касается скорости передачи данных, протокол I2C поддерживает скорость до 3,4 Мбит / с, что довольно быстро.

Вот некоторые из важных преимуществ использования протокола I2C:

• Гибкость использования нескольких ведущих устройств для ускорения связи и улучшения функциональности дизайна
• Адресация чипа устраняет необходимость в линиях CS (Chip Select)
• Поддерживает надежный механизм обработки ошибок с функцией ACK / NACK.

Однако есть некоторые ограничения. Например, он занимает гораздо больше места на печатной плате, поскольку использует подтягивающие резисторы.

Использование протокола I2C:

• Изменяет различные настройки цвета, например оттенок, на мониторе.
• Управляет светодиодными / ЖК-дисплеями в сотовых телефонах
• Помогает включать / выключать питание внутренних компонентов

Продукты I2C, предлагаемые Total Phase:

Протокол SPI

Последовательный периферийный интерфейс, широко известный как S-P-I или «шпион», является одной из самых популярных спецификаций интерфейса, используемых во встраиваемых системах.С момента своего появления в конце 1980-х годов компанией Motorola протокол SPI широко используется для связи на короткие расстояния во встроенных системах.

Через протокол SPI устройства обмениваются данными друг с другом, используя архитектуру ведущий-ведомый. Хотя SPI может поддерживать несколько подчиненных устройств, количество главных устройств ограничено одним. SPI известен как четырехпроводная последовательная шина, потому что он состоит из четырех сигналов:

• главный выход подчиненный вход (MOSI)
• главный в подчиненном выходе (MISO)
• последовательные часы (SCK),
• выбор ведомого (SS)

В полнодуплексном режиме можно достичь скорости передачи данных более 1 Мбит / с — это одно из основных преимуществ шины SPI.По сравнению с I2C, SPI также поддерживает использование простого аппаратного интерфейса и обеспечивает более высокую пропускную способность.

Однако протокол SPI также имеет некоторые недостатки — отсутствие механизма проверки ошибок и функции подтверждения ведомого устройства являются одними из основных недостатков.

Использование протокола SPI:

• Подать заявку на связь с датчиками температуры, давления и контроллерами видеоигр
• Интерфейс с ЖК-дисплеями и SD-картами
• Обмен данными с памятью FLASH и EEPROM
• Считывание данных с часов реального времени.

Продукты SPI, предлагаемые Total Phase:

Протокол USB

Не секрет, что USB, протокол универсальной последовательной шины, на сегодняшний день является наиболее распространенным протоколом. Вы, вероятно, можете найти дюжину USB-кабелей и разъемов у себя дома. Первоначально разработанный в 1990-х годах, он был предназначен для стандартизации подключения ряда периферийных устройств к компьютеру. Сегодня вы можете подключить практически все, от внешних жестких дисков до принтеров к ноутбуку / компьютеру через USB-кабели.

Протокол USB был разработан для двух конкретных целей:

• Связь с периферийными устройствами
• Подать питание на подключенные устройства, если применимо

Существует множество вариантов разъемов USB — стандартный USB, который вы найдете на клавиатурах, мышах и принтерах. Micro USB и USB Type-C используются в основном с сотовыми телефонами, однако их популярность в других устройствах растет.

Когда устройство обменивается данными с другим устройством по протоколу USB, данные передаются в виде пакетов.Все пакеты данных состоят из 8-битных байтов (или кратных 8-битных байтам, в зависимости от поддерживаемого битрейта), причем LSB или младший бит передается первым. Если вы создаете встроенную систему, в которой используется USB, убедитесь, что вы используете анализатор протокола USB для отслеживания данных на шине.

Использование протокола USB:

• Подключение периферийных устройств, таких как клавиатура, мышь, принтеры и т. Д., К компьютеру
• Питание периферийных устройств
• Зарядные аксессуары, такие как блоки питания и устройства, такие как сотовые телефоны и динамики Bluetooth, непосредственно от розетки или от компьютеров

Продукты USB, предлагаемые Total Phase:

Протокол eSPI

eSPI был разработан корпорацией Intel в качестве преемника шины Low Pin Count (LPC).eSPI расшифровывается как Enhanced Serial Peripheral Bus Interface — его основная функция — уменьшить количество контактов по сравнению с LPC.

Использование протокола eSPI:

• Уменьшите количество контактов, необходимых на материнской плате
• Используется в приложениях, где требуется совместное использование флэш-памяти в реальном времени

продуктов eSPI, предлагаемых Total Phase:

Total Phases предлагает продукты, поддерживающие все перечисленные выше протоколы.Наш ассортимент анализаторов протоколов и хост-адаптеров помогает при тестировании и разработке практически любого встраиваемого устройства, использующего CAN, I2C, SPI, USB и / или eSPI. Нажмите ниже, если вы хотите узнать больше или получить личную демонстрацию, специально разработанную для ваших нужд.

Запросить демонстрацию

Основы последовательной связи RS-232

Аннотация: Из-за своей относительной простоты и низких накладных расходов на оборудование (по сравнению с параллельным интерфейсом) последовательная связь широко используется в электронной промышленности.Сегодня самым популярным стандартом последовательной связи, безусловно, является спецификация EIA / TIA-232-E. Этот стандарт, разработанный Ассоциацией электронной промышленности и Ассоциацией телекоммуникационной промышленности (EIA / TIA), чаще называется просто RS-232, где RS означает «рекомендуемый стандарт». Хотя этот префикс RS был заменен в В последние годы, когда EIA / TIA помогло определить источник стандарта, в этой статье используется общепринятая нотация RS-232.

Введение

Официальное название стандарта EIA / TIA-232-E — «Интерфейс между оконечным оборудованием данных и оборудованием для оконечной передачи данных, использующим последовательный обмен двоичными данными».«Хотя название может показаться устрашающим, стандарт просто касается последовательной передачи данных между хост-системой (оконечным оборудованием данных или DTE) и периферийной системой (оконечным оборудованием цепи данных или DCE).

EIA / TIA- Стандарт 232-E был представлен в 1962 году и с тех пор обновлялся четыре раза для удовлетворения растущих потребностей приложений последовательной связи. Буква «E» в названии стандарта означает, что это пятая редакция стандарта.

RS-232 Технические характеристики

RS-232 — это полный стандарт.Это означает, что стандарт устанавливает совместимость между хост-системой и периферийными системами, определяя:

1. Общие уровни напряжения и сигналов
2. Общие конфигурации разводки контактов
3. Минимальный объем управляющей информации между хостом и периферийными системами.

В отличие от многих стандартов, которые просто определяют электрические характеристики данного интерфейса, RS-232 определяет электрические, функциональные и механические характеристики, чтобы соответствовать трем вышеупомянутым критериям.Каждый из этих аспектов стандарта RS-232 обсуждается ниже.

Электрические характеристики

Раздел электрических характеристик стандарта RS-232 определяет уровни напряжения, скорость изменения уровней сигнала и полное сопротивление линии.

Поскольку исходный стандарт RS-232 был определен в 1962 году, то есть до появления логики TTL, неудивительно, что в стандарте не используются уровни логики 5 В и заземления. Вместо этого высокий уровень для выхода драйвера определяется как от + 5В до + 15В, а низкий уровень для выхода драйвера определяется как от -5В до -15В.Логические уровни приемника были определены таким образом, чтобы обеспечить запас помехоустойчивости 2 В. Таким образом, высокий уровень для приемника определяется как от + 3В до + 15В, а низкий уровень — от -3В до -15В. На рисунке 1 показаны логические уровни, определенные стандартом RS-232. Необходимо отметить, что для связи RS-232 низкий уровень (от -3 В до -15 В) определяется как логическая 1 и исторически называется «маркировкой». Точно так же высокий уровень (от + 3В до + 15В) определяется как логический 0 и называется «интервалом».»

Рисунок 1. Технические характеристики логического уровня RS-232.

Стандарт RS-232 также ограничивает максимальную скорость нарастания выходного сигнала драйвера. Это ограничение было включено, чтобы помочь снизить вероятность перекрестных помех между соседними сигналами. Чем медленнее время нарастания и спада, тем меньше вероятность перекрестных помех. С учетом этого максимальная допустимая скорость нарастания составляет 30 В / мс. Кроме того, стандарт определяет максимальную скорость передачи данных 20 кбит / с, чтобы уменьшить вероятность перекрестных помех.

Также был определен импеданс интерфейса между драйвером и приемником.Нагрузка, которую видит драйвер, составляет от 3 кОм до 7 кОм. В исходном стандарте RS-232 длина кабеля между драйвером и приемником была указана как максимум 15 метров. Редакция «D» (EIA / TIA-232-D) изменила эту часть стандарта. Вместо указания максимальной длины кабеля в стандарте указана максимальная емкостная нагрузка 2500 пФ, что явно является более адекватной спецификацией. Максимальная длина кабеля определяется емкостью на единицу длины кабеля, которая указана в технических характеристиках кабеля.

В таблице 1 приведены электрические характеристики в текущем стандарте.

Таблица 1. Технические характеристики RS-232

	RS-232
Кабели	несимметричный
Количество устройств	1 передача, 1 прием
Режим связи	Полный дуплекс
Расстояние (макс.)	50 футов при 19,2 кбит / с
Скорость передачи данных (макс.)	1 Мбит / с
Сигнализация	Несимметричный
Марка (данные 1)	-5В (мин.) -15В (макс.)
Пространство (данные 0)	5 В (мин.) 15 В (макс.)
Входной уровень (мин.)	± 3 В
Выходной ток	500 мА (обратите внимание, что драйверы IC, обычно используемые в ПК, ограничены до 10 мА)
Импеданс	5 кОм (внутренний)
Автобусная архитектура	Точка-точка

Функциональные характеристики

Поскольку RS-232 является полным стандартом, он включает больше, чем просто технические характеристики.Стандарт также касается функциональных характеристик интерфейса, №2 в нашем списке выше. По сути, это означает, что RS-232 определяет функции различных сигналов, используемых в интерфейсе. Эти сигналы делятся на четыре категории: общие, данные, управляющие и временные. См. Таблицу 2 . Стандарт обеспечивает множество сигналов управления и поддерживает первичный и вторичный канал связи. К счастью, немногие приложения, если таковые имеются, требуют всех этих определенных сигналов.Например, для типичного модема используется только восемь сигналов. Примеры того, как стандарт RS-232 используется в реальных приложениях, обсуждаются позже. Полный список определенных сигналов включен здесь в качестве справки. Однако рассмотрение функциональности всех этих сигналов выходит за рамки данной статьи.

Таблица 2. Сигналы, определяемые RS-232

Синхронизация элемента сигнала передатчика

Мнемоника цепи	Название цепи *	Направление цепи	Тип цепи
AB	Общий сигнал	–	Обычный
BA BB	Переданные данные (TD) Полученные данные (RD)	К DCE От DCE	Данные
CA CB CC CD CE CF CG CH CI CJ RL LL TM	Запрос на отправку (RTS) Готовность к отправке (CTS) Готовность DCE (DSR) Готовность DTE (DTR) Индикатор звонка (RI) Детектор принятого линейного сигнала ** (DCD) Детектор качества сигнала Скорость передачи данных Детектор от DTE Детектор скорости передачи сигнала от DCE Готов к приему Удаленный шлейф Локальный шлейф Тестовый режим	В DCE Из DCE Из DCE В DCE Из DCE Из DCE Из DCE В DCE Из DCE В DCE В DCE В DCE Из DCE	Контроль
DA	от DTE	К DCE
DB DD	Синхронизация элемента сигнала передатчика от DCE Синхронизация элемента сигнала приемника от DCE	из DCE из DCE	Сроки
SBA SBB	Вторичные переданные данные Вторичные полученные данные	К DCE От DCE	Данные
SCA SCB SCF	Вторичный запрос на отправку Вторичный сброс для передачи Детектор вторичного принятого линейного сигнала	К DCE От DCE От DCE	Контроль

* Сигналы с сокращениями в скобках — это восемь наиболее часто используемых сигналов.
** Этот сигнал чаще называют обнаружением носителя данных (DCD).

Характеристики механического интерфейса

Третья область, охватываемая RS-232, — это механический интерфейс. В частности, RS-232 определяет 25-контактный разъем как минимальный размер разъема, который может принимать все сигналы, определенные в функциональной части стандарта. Распределение контактов для этого разъема показано на Рисунок 2 . Разъем для оборудования DCE — вилка для корпуса разъема и розетка для соединительных контактов.Аналогичным образом, разъем DTE представляет собой гнездовой корпус с соединительными контактами «папа». Хотя RS-232 определяет 25-контактный разъем, этот разъем часто не используется. Для большинства приложений не требуются все определенные сигналы, поэтому 25-контактный разъем больше, чем необходимо. Следовательно, обычно используются другие типы разъемов. Возможно, самым популярным разъемом является 9-контактный разъем DB9S, также показанный на рисунке 2. Этот 9-контактный разъем обеспечивает, например, средства для передачи и приема необходимых сигналов для модемных приложений.Этот тип приложения pf будет рассмотрен более подробно позже.

Рисунок 2. Назначение контактов разъема RS-232.

Развитие дизайна ИС RS-232

Регулируемые нагнетательные насосы

Оригинальный драйвер / приемник MAX232 и связанные с ним части просто удваивали и инвертировали входное напряжение для питания схемы драйвера RS-232. Эта конструкция позволила получить гораздо большее напряжение, чем требовалось на самом деле; это трата энергии. Уровни EIA-232 определены как ± 5 В на 5 кОм. С новым выходным каскадом с малым падением напряжения, Maxim представила приемопередатчики RS-232 с внутренними насосами заряда, обеспечивающими регулируемое ± 5.Выходы 5В. Такая конструкция позволяет выходам передатчика поддерживать уровни, совместимые с RS-232, с минимальным током питания.

Работа при низком напряжении

Пониженное выходное напряжение новых регулируемых нагнетательных насосов и передатчиков с малым падением напряжения позволяет использовать пониженные напряжения питания. Большинство современных приемопередатчиков Maxim для RS-232 работают с напряжением питания до +3,0 В.

AutoShutdown ™

В нескончаемой битве за продление срока службы батареи Максим впервые применил метод, называемый автоматическим отключением.Когда устройство не обнаруживает действительную активность RS-232, оно переходит в режим отключения с низким энергопотреблением. Выходной сигнал, соответствующий RS-232, указывает системному процессору, подключен ли активный порт RS-232 к другому концу кабеля. MAX3212 идет еще дальше: он включает схему обнаружения перехода, фиксированный выход которой, применяемый как прерывание, может разбудить систему, когда изменение состояния происходит на любой входящей линии.

AutoShutdown Plus ™

Основываясь на успехе AutoShutdown, устройства с функцией AutoShutdown Plus от Maxim достигают потребляемого тока 1 мкА.Эти устройства автоматически переходят в режим отключения с низким энергопотреблением, когда кабель RS-232 отключен или передатчики подключенных периферийных устройств неактивны, или когда UART, управляющий входами передатчика, неактивен более 30 секунд. Устройства снова включаются, когда обнаруживают допустимый переход на любом входе передатчика или приемника. AutoShutdown Plus экономит электроэнергию без изменения существующей BIOS или операционной системы.

мегабод

За пределами спецификации EIA-232 выходит режим мегабод, который позволяет увеличить скорость нарастания драйвера, тем самым обеспечивая скорость передачи данных до 1 Мбит / с.Режим MegaBaud полезен для связи между высокоскоростными периферийными устройствами, такими как модемы DSL или ISDN, на короткие расстояния.

Высокий ESD

Некоторые ИС предназначены для обеспечения высокой защиты от электростатического разряда. Эти ИС определяют и обеспечивают защиту от электростатического разряда ± 15 кВ с использованием модели человеческого тела и метода разряда с воздушным зазором IEC 801-2. Высокая степень защиты от электростатических разрядов Maxim устраняет необходимость в дорогостоящих внешних устройствах защиты, таких как TransZorbs ™, предотвращая при этом дорогостоящие отказы в полевых условиях.

Проблемы поддержки

Выбор конденсатора

Зарядные насосы приемопередатчиков Maxim RS-232 используют конденсаторы для преобразования и хранения энергии, поэтому выбор этих конденсаторов влияет на общую производительность схемы.Хотя в некоторых таблицах данных указаны поляризованные конденсаторы в их типичных схемах применения, эта информация показана только для клиентов, которые хотят использовать поляризованные конденсаторы. На практике керамические конденсаторы лучше всего подходят для большинства микросхем Maxim RS-232.

Выбор керамического конденсатора также важен. Конденсаторные диэлектрические типы Z5U и Y5V недопустимы из-за их невероятных напряжений и температурных коэффициентов. Типы X5R и X7R обеспечивают необходимую производительность.

Неиспользуемые входы

Входы приемника RS-232 содержат внутренний понижающий резистор 5 кОм.Если этот вход приемника не используется, его можно оставить плавающим без каких-либо проблем. Входы передатчика CMOS имеют высокий импеданс и должны быть доведены до допустимых логических уровней для правильной работы ИС. Если вход передатчика не используется, подключите его к V _CC или GND.

Рекомендации по компоновке

ИС Maxim RS-232 следует рассматривать как преобразователи постоянного тока в постоянный для целей компоновки. Прохождение переменного тока необходимо анализировать как на стадии зарядки, так и на стадии разрядки цикла зарядки-накачки. Чтобы облегчить простую и эффективную компоновку, Maxim удобно размещает все важные выводы в непосредственной близости от их внешних компонентов.

Приемопередатчики RS-232 в миниатюрных корпусах

Приемопередатчики RS-232 с низким энергопотреблением доступны в компактных корпусах микросхемы (UCSP), TQFN и TSSOP. MAX3243E в тонком 32-контактном (7 мм x 7 мм) корпусе QFN экономит 20% места на плате по сравнению с решениями TSSOP. MAX3222E, также доступный в 20-контактном (5 мм x 5 мм) корпусе TQFN, улучшает и, таким образом, экономит место на плате на 40%. Другие семейства приемопередатчиков, упакованные в TQFN, MAX3222E и MAX3232E с двумя драйверами и двумя приемниками и MAX3221E с одним драйвером и одним приемником, имеют возможность AutoShutdown для снижения тока питания до 1 мкА (см. , таблица 3, ).Эти трансиверы RS-232 идеально подходят для оборудования с батарейным питанием.

Семейство MAX3228E / MAX3229E в корпусе UCSP с 30 выступами (3 мм x 2,5 мм) экономит около 70% места на плате, что делает эти ИС идеальными для приложений с ограниченным пространством, таких как ноутбуки, сотовые телефоны и портативное оборудование. Маломощные приемопередатчики RS-232 в компактном корпусе UCSP с низким током отключения 1 мкА идеально подходят для систем со сверхнизким энергопотреблением.

Таблица 3. Приемопередатчики RS232 в компактных корпусах

Часть	Пакет	Ток отключения питания (мкА)	Скорость передачи данных (кбит / с)	№Драйверов / Ресиверов	Защита от электростатического разряда (± кВ)
MAX3221E	20-контактный TQFN	1	250	1/1	15
MAX3222E	16-контактный TQFN	1	250	2/2	15
MAX3223E	20-контактный TQFN	1	250	2/2	15
MAX3230E	UCSP с 20 отбойниками	1	250	2/2	15
MAX3231E	UCSP с 20 отбойниками	1	250	1/1	15
MAX3232E	16-контактный TQFN	1	250	2/2	15
MAX3237E	28-контактный SSOP	10 нА	1 Мбит / с	5/3	15
MAX3243E	32-контактный TQFN	1	250	3/5	15
MAX3246E	UCSP с 36 отбойниками	1	250	3/5

Практическая реализация RS-232

Большинство разработанных сегодня систем не работают с уровнями напряжения RS-232.Следовательно, преобразование уровня необходимо для реализации связи RS-232. Преобразование уровня выполняется специальными микросхемами RS-232 с линейными драйверами, которые генерируют уровни напряжения, необходимые для RS-232, и линейными приемниками, которые могут принимать уровни напряжения RS-232 без повреждения. Эти линейные драйверы и приемники обычно также инвертируют сигнал, поскольку логическая 1 представлена ​​низким уровнем напряжения для связи RS-232, а логический 0 представлен высоким логическим уровнем.

На рисунке 3 показана функция драйвера / приемника линии RS-232 в типичном модемном приложении.В этом примере сигналы, необходимые для последовательной связи, генерируются и принимаются универсальным асинхронным приемником / передатчиком (UART). ИС линейного драйвера / приемника RS-232 выполняет необходимое преобразование уровней между CMOS / TTL и интерфейсом RS-232.

Рисунок 3. Типичное применение модема RS-232.

UART выполняет «служебные» задачи, необходимые для асинхронной последовательной связи. Асинхронная связь обычно требует, например, чтобы хост-система инициировала стартовые и стоповые биты, чтобы указать периферийной системе, когда связь начнется и остановится.Биты четности также часто используются, чтобы гарантировать, что отправленные данные не были повреждены. UART обычно генерирует стартовый, стоповый биты и биты четности при передаче данных и может обнаруживать ошибки связи при получении данных. UART также функционирует как посредник между байтовой (параллельной) и битовой (последовательной) связью; он преобразует байт данных в последовательный битовый поток для передачи и преобразует последовательный битовый поток в байт данных при получении.

Теперь, когда дано элементарное объяснение интерфейса TTL / CMOS к RS-232, мы можем рассмотреть некоторые реальные приложения RS-232.В разделе «Функциональные характеристики» выше уже отмечалось, что приложения RS-232 редко точно соответствуют стандарту RS-232. Ненужные сигналы RS-232 обычно опускаются. Многим приложениям, таким как модем, требуется всего девять сигналов (два сигнала данных, шесть сигналов управления и заземление). Другим приложениям требуется только пять сигналов (два для данных, два для подтверждения связи и заземление), в то время как другим требуется только сигналы данных без управления подтверждением связи. Мы начинаем наше исследование реальных реализаций с рассмотрения типичного модемного приложения.

RS-232 в модемных приложениях

Приложения модема — одно из самых популярных применений стандарта RS-232. На рисунке 4 показано типичное модемное приложение. Как видно на схеме, ПК — это DTE, а модем — это DCE. Связь между каждым ПК и связанным с ним модемом осуществляется по стандарту RS-232. Связь между двумя модемами осуществляется посредством телекоммуникации. Следует отметить, что, хотя микроконтроллер обычно является DTE в приложениях RS-232, это не требуется строгой интерпретацией стандарта.

Рисунок 4. Модемная связь между двумя ПК.

Хотя некоторые разработчики предпочитают использовать для этого приложения 25-контактный разъем, в этом нет необходимости, поскольку между DTE и DCE имеется только девять интерфейсных сигналов (включая землю). Имея это в виду, многие разработчики используют 9- или 15-контактные разъемы. (На Рисунке 2 выше показана конструкция 9-контактного разъема.) «Основные девять» сигналов, используемые в модемной связи, показаны на Рисунке 3 выше; Для DTE необходимы три драйвера RS-232 и пять приемников.Функциональные возможности этих сигналов описаны ниже. Обратите внимание, что для следующих описаний сигналов ВКЛ относится к высокому уровню напряжения RS-232 (от + 5В до + 15В), а ВЫКЛ относится к низкому уровню напряжения RS-232 (от -5В до -15В). Имейте в виду, что высокий уровень напряжения RS-232 фактически представляет собой логический 0, а низкий уровень напряжения RS-232 относится к логической 1.

Переданные данные (TD) : Один из двух отдельных сигналов данных, это сигнал генерируется DTE и принимается DCE.

Полученные данные (RD) : Второй из двух отдельных сигналов данных, эти сигналы генерируются DCE и принимаются DTE.

Запрос на отправку (RTS) : Когда хост-система (DTE) готова передать данные в периферийную систему (DCE), RTS включается. В симплексных и дуплексных системах это условие поддерживает DCE в режиме приема. В полудуплексных системах это условие поддерживает DCE в режиме приема и отключает режим передачи. Состояние OFF поддерживает DCE в режиме передачи. После подтверждения RTS DCE должна подтвердить CTS, прежде чем может начаться связь.

Готовность к отправке (CTS) : CTS используется вместе с RTS для обеспечения установления связи между DTE и DCE.После того, как DCE видит подтвержденный RTS, он включает CTS, когда готов начать обмен данными.

Готовность набора данных (DSR) : Этот сигнал включается DCE, чтобы указать, что он подключен к линии связи.

Обнаружение несущей данных (DCD) : Этот сигнал включается, когда DCE получает сигнал от удаленной DCE, который соответствует подходящим критериям сигнала. Этот сигнал остается включенным, пока может быть обнаружен подходящий сигнал несущей.

Data Terminal Ready (DTR) : DTR указывает на готовность DTE.Этот сигнал включается DTE, когда оно готово передавать или принимать данные от DCE. DTR должен быть включен, прежде чем DCE сможет подтвердить DSR.

Индикатор звонка (RI) : RI, когда заявлено, указывает, что сигнал вызова принимается по каналу связи.

Описанные выше сигналы составляют основу модемной связи. Возможно, лучший способ понять, как эти сигналы взаимодействуют, — это изучить пошаговый пример взаимодействия модема с ПК.Следующие шаги описывают транзакцию, в которой удаленный модем вызывает локальный модем.

1. Локальный ПК использует программное обеспечение для отслеживания сигнала RI (индикация звонка).
2. Когда удаленный модем хочет связаться с локальным модемом, он генерирует сигнал RI. Этот сигнал передается локальным модемом на локальный ПК.
3. Локальный ПК отвечает на сигнал RI, выдавая сигнал DTR (готовность терминала данных), когда он готов к обмену данными.
4. После распознавания заявленного сигнала DTR модем отвечает, подтверждая DSR (готовность набора данных) после того, как он подключен к линии связи.DSR указывает ПК, что модем готов к дальнейшему обмену управляющими сигналами с DTE, чтобы начать связь. При подтверждении DSR ПК начинает мониторинг DCD для индикации того, что данные передаются по линии связи.
5. Модем подтверждает DCD (обнаружение носителя данных) после того, как он получил сигнал несущей от удаленного модема, который соответствует подходящим критериям сигнала.
6. С этого момента можно начинать передачу данных. Если локальный модем имеет полнодуплексный режим, сигналы CTS (Clear to Send) и RTS (Request to Send) удерживаются в установленном состоянии.Если модем имеет только полудуплексную связь, CTS и RTS обеспечивают квитирование, необходимое для управления направлением потока данных. Данные передаются по сигналам RD и TD.
7. Когда передача данных завершена, ПК отключает сигнал DTR. Модем следует, подавляя сигналы DSR и DCD. На данный момент ПК и модем находятся в исходном состоянии, описанном в шаге 1.

RS-232 в приложениях с минимальным квитированием

Хотя описанное выше модемное приложение упрощено по сравнению со стандартом RS-232 из-за количества необходимых сигналов, оно все же более сложное, чем многие системные требования.Для многих приложений необходимы только две линии данных и две линии управления подтверждением связи для установления и управления связью между хост-системой и периферийной системой. Например, системе контроля окружающей среды может потребоваться взаимодействие с термостатом с использованием полудуплексной схемы связи. Иногда системы управления считывают температуру с термостата, а иногда они загружают в термостат точки отключения по температуре. В этом типе простого приложения может потребоваться только пять сигналов (два для данных, два для управления рукопожатием и земля).

На рисунке 5 показан простой полудуплексный интерфейс связи. Как можно видеть, данные передаются через выводы TD (передача данных) и RD (получение данных), а выводы RTS (готовность к отправке) и CTS (Clear to Send) обеспечивают контроль установления связи. RTS управляется DTE для управления направлением данных. Когда это утверждается, DTE переводится в режим передачи. Когда RTS запрещен, DTE переводится в режим приема. CTS, который генерируется DCE, управляет потоком данных. Когда заявлено, данные могут передаваться.Однако, когда CTS запрещен, передача данных прерывается. Передача данных останавливается до повторного подтверждения CTS.

Рисунок 5. Схема полудуплексной связи.

Ограничения применения RS-232

За более чем четыре десятилетия, прошедшие с момента введения стандарта RS-232, электронная промышленность сильно изменилась. Следовательно, в стандарте RS-232 есть некоторые ограничения. Одно ограничение — тот факт, что в стандарте определено более двадцати сигналов — уже устранено.Дизайнеры просто не используют все сигналы или 25-контактный разъем.

Другие ограничения стандарта не всегда легко исправить.

Генерация уровней напряжения RS-232

Как объясняется в разделе «Электрические характеристики » , RS-232 не использует стандартные уровни 0 и 5 В, реализованные в схемах TTL и CMOS. Драйверы должны подавать от +5 до +15 В для логического 0 и от -5 до -15 В для логической 1. Это означает, что для управления уровнями напряжения RS-232 необходимы дополнительные источники питания.Обычно для управления выходами RS-232 используются источники питания +12 В и -12 В. Это большое неудобство для систем, у которых нет других требований к этим источникам питания. Имея это в виду, продукты RS-232, производимые Dallas Semiconductor, имеют встроенные схемы накачки заряда, которые генерируют необходимые уровни напряжения для связи RS-232. Первый насос заряда по существу удваивает стандартный источник питания + 5 В, чтобы обеспечить уровень напряжения, необходимый для управления логическим 0. Второй насос заряда инвертирует это напряжение и обеспечивает уровень напряжения, необходимый для управления логической 1.Эти два нагнетательных насоса позволяют устройствам с интерфейсом RS-232 работать от одного источника питания +5 В.

Максимальная скорость передачи данных

Еще одно ограничение стандарта RS-232 — максимальная скорость передачи данных. Стандарт определяет максимальную скорость передачи данных 20 кбит / с, что излишне медленно для многих современных приложений. Продукты RS-232, производимые Dallas Semiconductor, гарантируют скорость до 250 кбит / с и обычно могут передавать данные на скорости до 350 кбит / с. Обеспечивая скорость передачи данных на этой частоте, устройства по-прежнему поддерживают максимальную скорость нарастания 30 В / мс, чтобы снизить вероятность перекрестных помех между соседними сигналами.

Максимальная длина кабеля

Как мы видели, спецификация длины кабеля, когда-то включенная в стандарт RS-232, была заменена спецификацией максимальной емкости нагрузки 2500 пФ. Чтобы определить допустимую общую длину кабеля, необходимо определить общую емкость линии. На рисунке 6 показано простое приближение для полной линейной емкости проводника. Как можно видеть, общая емкость аппроксимируется суммой взаимных емкостей между сигнальными проводниками и проводником к емкости экрана (или паразитной емкости в случае неэкранированного кабеля).

В качестве примера предположим, что пользователь решил использовать неэкранированный кабель при соединении оборудования между собой.