COMUNICAÇÃO DE DADOS

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