COMUNICACIONES INDUSTRIALES UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA MEDELLÍN Sesión 3.

Datos de contacto Andrés Felipe Sánchez P. Correo: sanchezp.andres@gmail.com Teléfono celular: 301 254 9118 Página web para información y documentación: http://sanchezudeandres.jimdo.com

ESTRUCTURA DEL CURSO Sesión 2 Capa física Comunicaciones entre componentes electrónicas I2C SPI One wire Rs232 Comunicaciones entre sistemas electrónicos. Rs485 Usb Zigbee Comunicación 4-20mA Wifi Irda

Transmisión de datos Transmisión análoga: la información va contenida en las mismas características de la señal: nivel, frecuencia, o fase, generalmente la conexión es por cable. El problema de la transmisión analógica es que la señal se debilita con la distancia, por lo que hay que utilizar amplificadores de señal cada cierta distancia.

Transmisión de datos Transmisión digital: Los datos digitales se suelen representar por una serie de pulsos de tensión o paquetes discretos que representan los valores de la señal, y no cambia tan frecuentemente como la señal análoga. Es de mejor calidad y velocidad, ya que es más fácil regenerar la información. La transmisión digital tiene el problema de que la señal se atenúa y distorsiona con la distancia, por lo que cada cierta distancia hay que introducir repetidores de señal.

Transmisión de datos En el proceso de transmisión de datos, se añade información que utiliza el sistema para comprobar que la transmisión ha sido correcta. El proceso de transmisión de datos, se puede dividir básicamente en: Convertir los datos para su transmisión. Establecer el control en el envío de los datos. Comprobar la llegada de los datos a su destino. Detectar presencia de errores en el proceso de envío/recepción.

Técnicas de transmisión de datos Transmisión en serie Los bits de información se transmiten secuencialmente por una sola línea (canal). Para enviar un byte de datos, se deben enviar cada bit detrás del otro, agregando además dos bits adicionales para determinar el inicio y el final de la transmisión.

Técnicas de transmisión de datos Transmisión en paralelo Los bits se transmiten en grupo sobre varias líneas al mismo tiempo, generalmente se requiere una línea para cada bit. La transmisión en paralelo es más rápida pero se encarece por necesitar de muchos conductores y también porque aumenta la complejidad de los transmisores y los receptores de la línea.

Técnicas de transmisión de datos Transmisión asíncrona los datos son transmitidos bit a bit. Los datos incluyen sincronización. Se añade una señal de inicio y finalización. Se añaden bits de control para detección de errores.

1.3.1. Técnicas de transmisión de datos Transmisión síncrona Las señales se transmiten por paquete, con una coordinación temporal precisa entre el emisor y el receptor. Se utilizan señales de reloj para sincronizar emisor y receptor. Se utilizan bits o bytes de sincronización.

Técnicas de transmisión de datos De acuerdo al sentido de la transmisión, se clasifica en: Transmisión simple (SIMPLEX) En este caso la transmisión se da en una sola dirección, en este sistema deben estar definidos el receptor y el emisor. Requiere un solo canal. Algunos ejemplos comunes son la televisión y la radio, en la industria….

Técnicas de transmisión de datos Transmisión semidoble (HALF-DUPLEX) En este tipo de transmisión se permite la comunicación en ambos sentidos, pero se realiza por una sola línea, por lo que no se puede enviar y recibir información al mismo tiempo sino que se debe esperar que se termine de recibir la información para poder enviar datos. Un ejemplo de este tipo de transmisión son los equipos de ”walkie-talkie”.

Técnicas de transmisión de datos Transmisión doble (FULL- DUPLEX) En este modo de transmisión, se tienen dos líneas, una para enviar y otra para recibir datos al mismo tiempo. Un ejemplo de ello es: El teléfono.

Detección de errores Siempre se debe implementar el sistema de comunicación más confiable posible, pero cuanto mayor es la trama que se envía, mayor es la probabilidad de que se produzca algún error; ya que, en la práctica, un canal de comunicación está sujeto a una a diversidad de perturbaciones que dan como resultado una distorsión del mensaje que se está trasmitiendo. Interferencias, calor, magnetismo, etc., influyen en una señal electromagnética, esos factores pueden alterar la forma o temporalidad de una señal. Si la señal transporta datos digitales, los cambios pueden modificar el significado de los datos.

Tipos de errores Error de bit Únicamente un bit de una unidad de datos determinada cambia de valor. Un error de bit altera el significado del dato. Son el tipo de error menos probable en una transmisión de datos serie, puesto que el intervalo de bit es muy breve (1/frecuencia) el ruido tiene que tener una duración muy breve. Sin embargo si puede ocurrir en una transmisión paralela, en que un cable puede sufrir una perturbación y alterar un bit de cada byte.

Tipos de errores Error de ráfaga El error de ráfaga significa que dos o más bits de la unidad de datos han cambiado. Los errores de ráfaga no significa necesariamente que los errores se produzcan en bits consecutivos. La longitud de la ráfaga se mide desde el primero hasta el último bit correcto, algunos bits intermedios pueden estar bien Los errores de ráfaga es más probable en transmisiones serie, donde la duración del ruido es normalmente mayor que la duración de un bit, por lo que afectara a un conjunto de bits. El número de bits afectados depende de la tasa de datos y de la duración del ruido

Técnicas de detección de errores Para detectar errores, se añade un código en función de los bits de la trama de forma que este código señale si se ha cambiado algún bit en el camino. Este código debe de ser conocido e interpretado tanto por el emisor como por el receptor. Se pueden usar las siguientes técnicas de detección de errores: Comprobación de paridad Comprobación de Redundancia Cíclica (CRC) Comprobación de suma

Técnicas de detección de errores Comprobación de paridad En un mecanismo simple que consiste en agregar un bit adicional (bit de paridad) a cierto numero de bits que forman una palabra, generalmente se hace cada 7 bits, de modo que con el bit de paridad, se forme un byte. El valor del bit de paridad se determina de modo que la cantidad de “1” sea par. Por lo tanto si el código de información tiene una cantidad par de “1”, el bit de paridad es “0”, en caso contrario será “1”

Técnicas de detección de errores Comprobación de paridad Error: Si uno de los bit sufre un error, el bit de paridad será incorrecto y se detecta la falla

Técnicas de detección de errores Comprobación de paridad Pero que sucede si son dos bits los que fallan de manera simultanea mientras se envía la información Ya que el sistema de control de paridad puede detectar un número impar de errores, puede detectar solamente el 50% de todos los errores. Este mecanismo de detección de errores también tiene la gran desventaja de ser incapaz de corregir los errores que encuentra (la única forma de arreglarlo es solicitar que el byte erróneo sea retransmitido).

Técnicas de detección de errores Comprobación de Redundancia Cíclica (CRC) Es la técnica más usada, consiste en dividir un mensaje binario dentro de una cantidad constante, su residuo se envía de vuelta y se compara en la estación receptora con el residuo obtenido al dividir los datos recibidos entre la misma constante. Se acepta el mensaje, cuando los residuos son iguales, o se considera que hubo un error en caso contrario.

Técnicas de detección de errores Comprobación de suma (Checksum) A la información a transmitir se le considera como un conjunto de palabras de n bits, y la redundancia es otra palabra de n bits, que inicialmente están a “0”. Emisor: La redundancia se calcula como el complemento a 1 de la suma de las palabras de información. Receptor: Se suman en complemento a 1 tanto las palabras de información como la de redundancia, y si el resultado es una palabra con todos los bits a “1” se da por buena.

Codificación Digital Codificación digital unipolar. En este tipo de codificación se usa solo un tipo de voltaje para enviar la señal.

Codificación Digital Codificación bipolar La codificación polar utiliza dos niveles de voltaje, positivo y negativo. NRZ (No retorno a cero) RZ (Retorno a cero) Bifase (autosincronizados)

Codificación Digital NRZ (No retorno a cero) El nivel de la señal es siempre positivo o negativo. Los dos métodos más utilizados son: NRZ-L (Non Return to Zero-L): Un voltaje positivo significa que el bit es un ‘0’, y un voltaje negativo que el bit es un ‘1’. NRZ-I (Non Return to Zero, Invert on ones): En esta codificación el bit ‘1’ se representa con la inversión del nivel de voltaje. Lo que representa el bit ‘1’ es la transición entre un voltaje positivo y un voltaje negativo, o al revés, no los voltajes en sí mismos. Un bit ‘0’ no provoca un cambio de voltaje en la señal. Así pues, el nivel de la señal no solo depende del valor del bit actual, sino también del bit anterior.

Codificación Digital RZ (Retorno a cero) Utiliza tres valores: positivo, negativo y cero. Un bit ‘1’ se representa por una transición de positivo a cero y un bit ‘0’ se representa con la transición de negativo a cero, con retorno de voltaje 0 en mitad del intervalo.

Codificación Digital Bifase (autosincronizados) En este método, la señal cambia en medio del intervalo del bit, pero no retornó a cero, sino que continua el resto del intervalo en el polo opuesto. Hay dos tipos de codificación Bifase: Manchester: Una transición de polaridad de positiva a negativa representa el valor binario ‘0’, y una transición de negativa a positiva representa un ‘1’. Manchester Diferencial: Necesita dos cambios de señal para representar el bit ‘0’, pero solo ‘1’ para representar el bit ‘1’. Es decir, una transición de polaridad inversa a la del bit previo, para representar el '0' y una transición igual para el '1'.

Modulaciones digitales Este tipo de modulaciones son útiles para enviar datos binarios por medio de la manipulación de las características de una señal dada. Normalmente como portadora se usan señales cuadradas o senoidales.

Modulaciones digitales Modulación por Amplitud o ASK: En este tipo de modulación se envía la señal portadora para representar un ‘1’ y no se envía nada para representar ‘0’

Modulaciones digitales Modulación por cambio de frecuencia o FSK En este tipo de señales se envían al menos 2 frecuencias diferentes para representar el ‘1’ y el ‘0’ lógico.

Modulaciones digitales Modulación por cambio de fase PSK En este tipo de modulación se invierte la fase de la señal para indicar un ‘0’ o ‘1’ lógico. En su concepción más simple se desfasa la señal 180°, pero pueden existir numerosos cambios de fase para representar no solo bits, sino secuencias completas.

Modulaciones digitales especiales Dentro de este tipo de modulaciones encontramos: Modulaciones multinivel: se utilizan varios niveles de voltaje para representar un simbolo. Modulaciones por ancho de pulso: Se manipula el ciclo de dureza para representar varios simbolos.

Protocolos de comunicación entre dispositivos Las comunicaciones entre dispositivos juegan un papel sumamente importante en el mundo de la electrónica moderna, ya que la tendencia actual es encontrar dispositivos robustos que entregan información mediante protocolos digitales resolviendo ellos internamente el acondicionamiento de señal.

Protocolos de comunicación entre dispositivos Protocolos mas utilizados en la actualidad: I2c (Inter Integrated Circuits). SPI One wire Rs232

I2c (Inter Integrated Circuits). Historia El I2C (Inter Integrated Circuits) es un bus de comunicaciones serial síncrono de dos líneas que fue originalmente desarrollado por Philips Semiconductors (ahora nxp semiconductors) desde los inicios de los ‘80. Hoy es un estándar aceptado y respaldado por los fabricantes de dispositivos semiconductores.

I2c (Inter Integrated Circuits). Características preliminares El bus I2C permite la comunicación entre múltiples dispositivos (en teoría más de 1000), todos conectados paralelamente a las dos líneas. Las transferencias de datos siempre se realizan entre dos dispositivos a la vez y en una relación maestro – esclavo.

I2c (Inter Integrated Circuits). Maestros y esclavos Los dispositivos maestros son normalmente los microcontroladores y los dispositivos esclavos pueden ser memorias, conversores DAC y ADC, controladores de LCD, sensores de todos los tipos, etc.

I2c (Inter Integrated Circuits). Características Las transferencias de datos se llevan a cabo mediante dos líneas: línea serial de datos SDA y línea serial de reloj SCL. Ambas son bidireccionales. SDA se encarga de conducir los datos entre el dispositivo maestro y los esclavos. SCL es la señal de reloj que sincroniza los datos que viajan por la línea SDA. Tanto SDA y SCL son puertos del tipo colector abierto por lo que se requiere pull-up externa.

I2c (Inter Integrated Circuits). Características El dispositivo maestro (microcontrolador) es quien siempre tiene la iniciativa de la comunicación: el maestro genera la señal de reloj y controla cuando se transmiten o reciben los datos.

I2c (Inter Integrated Circuits). Características Puede haber varios esclavos en la red I2C, pero el maestro solo se comunica con uno a la vez. Por eso cada dispositivo esclavo debe ser identificado por una dirección única.

I2c (Inter Integrated Circuits). Transferencia de Datos Los datos que se transfieren por el bus I2C deben viajar en forma de paquetes, aquí llamados transferencias. Como se ve en la siguiente figura, una transferencia empieza con un START y termina con un STOP. Entre estas señales van los datos propiamente dichos. Cada dato debe ser de 8 bits (1 byte) y debe ir seguido de un noveno bit, llamado bit de reconocimiento (ACK o NACK).

I2c (Inter Integrated Circuits). La transferencia mostrada tiene dos bytes pero puede varios más (sin restricción) o puede haber un solo byte por paquete.

I2c (Inter Integrated Circuits). Los datos son transferidos por la línea SDA y son acompañados y sincronizados por los pulsos de reloj de la línea SCL. Para transmitir un bit primero hay que poner la línea SDA a 1 ó 0 según sea el caso, y luego colocar un pulso en la línea SCL.

I2c (Inter Integrated Circuits). Los datos pueden viajar de ida y de vuelta por SDA sin colisionar porque es el maestro quien controla cuándo se transmite o recibe un dato. De ese modo, el control de SDA puede ser asumido tanto por el maestro como por el esclavo y ambos dispositivos podrán intercambiar los roles de transmisor o receptor. Eso sí, en cualquier caso, el control de la línea SCL siempre es asumido por el maestro.

I2c (Inter Integrated Circuits). Condición de START: Una condición START es una transición de Alto a Bajo en la línea SDA cuando SCL está en Alto. Se le representa por la letra S. Después de Start el bus se considera ocupado.

I2c (Inter Integrated Circuits). Condición de STOP:Una condición STOP es una transición de Bajo a Alto en la línea SDA mientras SCL está en Alto. Está simbolizada por la letra P. Después de Stop las dos líneas están en Alto y el bus se considera libre. Se usa Stop para cerrar la transferencia de un paquete de datos o para abortar una transferencia previa que quedó truncada.

I2c (Inter Integrated Circuits). Condición de START REPETIDO:La señal de una condición START repetida es exactamente igual a la de START. La diferencia es de tipo “ocasional”: aunque en principio cada transferencia debe ir enmarcada por un Start y un Stop, el estándar contempla la posibilidad de iniciar una nueva transferencia sobre una anterior que no ha sido cerrada con un Stop. El Start de la nueva transferencia se llama entonces Start Repetida y su símbolo es Rs.

I2c (Inter Integrated Circuits). El bit de reconocimiento:Según las figuras mostradas, cada byte transferido debe ir seguido de un noveno bit, llamado Acknowledge bit (bit de reconocimiento, en inglés). Este bit siempre debe ser devuelto por el dispositivo receptor (maestro o esclavo) tras cada byte recibido.

I2c (Inter Integrated Circuits). ACK:Si el bit de reconocimiento es 0 significa que el dato fue reconocido y aceptado. Este bit se denomina ACK (Acknowledge).

I2c (Inter Integrated Circuits). NACK:Si el bit de reconocimiento es 1 significa que el dato recibido aún no es aceptado. Se usa este mecanismo para indicar que el receptor está ocupado realizando alguna tarea interna. Este bit se denomina NACK (Not Acknowledge).

I2c (Inter Integrated Circuits). El byte de Control Como se sabe, las comunicaciones por el bus I2C se llevan a cabo siguiendo la relación maestro – esclavo. Eso significa que es el maestro (microcontrolador) quien ordena con cuál esclavo se va a comunicar o si los siguientes datos se van a transmitir o recibir; el esclavo solo obedece. Pues bien, esa orden viaja en el primer byte de cada transferencia y es más conocido como byte de control.

I2c (Inter Integrated Circuits). El byte de Control Según lo mostrado en la siguiente figura, 7 bits del byte de control contienen la dirección del esclavo con el cual se desea entablar la comunicación y el bit R/W establece si los siguientes bytes serán de lectura o escritura. Como siempre, R/W = 0 indica una escritura y R/W = 1 indica una lectura.

I2c (Inter Integrated Circuits). El byte de Control Todos los esclavos deben recibir el byte de control, pero solo el que halle su dirección en él será el que prosiga la comunicación. Los demás esclavos se deben mantener al margen hasta un nuevo aviso (otra condición de Start).

I2c (Inter Integrated Circuits). Velocidad de transferencia de Datos. Como cada bit de dato transferido sobre la línea SDA debe ser validado por la señal de reloj SCL, podemos deducir que la velocidad de transferencia está determinada por la frecuencia de la señal de SCL. Por ejemplo, una velocidad de 100 kbits/s implica que cada bit se transmite en 1s/100k = 10µs, lo que nos dice que cada semiperiodo de la señal de reloj vale en promedio 5 µs.

I2c (Inter Integrated Circuits). Velocidad de transferencia de Datos. El estándar del bus I2C soporta cuatro modos de operación: Standard Mode, con una velocidad de hasta 100 kbit/s. Fast mode, con una velocidad de hasta 400 kbit/s. Fast mode plus, con una velocidad de hasta 1 Mbit/s. High-speed mode, con una velocidad de hasta 3.4 Mbit/s.

El Estándar RS-232 Historia Toda comunicación elaborada entre dos dispositivos requiere conocer el protocolo que la gobierna a nivel hardware y software. Para el puerto serie se trata del Estándar RS-232, o más bien EIA/TIA-232 por las siglas de Electronics Industry Association y Telecommunications Industry Association, sus desarrolladores.

El Estándar RS-232 Historia El RS-232 fue originariamente pensado para regir las comunicaciones entre computadoras y equipos de módem de la época (hace más de 40 años). Con el tiempo han surgido otras versiones como RS-232-C, RS-232-D, RS-232-E, etc., una más reciente que la otra, pero con variaciones inapreciables por ser uno de los estándares menos estrictos. Después de todo, es solo un Estándar Recomendado o “Recommended Standard”; de ahí la RS.

El Estándar RS-232 Historia En la literatura técnica se acostumbra mucho utilizar los términos DTE y DCE para referir a los dispositivos que se comunican según el Estándar RS-232. DTE (Data Terminal Equipment) suele representar a la computadora y DCE (Data Circuit- terminating Equipment) designa a cualquier dispositivo conectado a la computadora (un módem se sobrentendía antes).

El Estándar RS-232 Voltajes niveles lógicos En las comunicaciones seriales RS-232 los valores para representar los 1’s y 0’s lógicos son muy diferentes de los que estamos acostumbrados a usar en el mundo TTL. Allí no existen los 5V (para el 1) y 0V (para el 0).

El Estándar RS-232 Voltajes niveles lógicos los 1 lógicos se representan con voltajes negativos y los 0 lógicos, por voltajes positivos; además del amplio rango de los voltajes. Un 1 lógico se expresa por una tensión de –5V a – 15V. Este estado se llama spacing. Un 0 lógico se da cuando la tensión en cualquiera de las líneas es de +5V hasta +15V. Este estado se conoce como marking.

El Estándar RS-232 Formato de transferencia de Datos: Como en toda comunicación serial, los datos viajan en grupos de bits. En este caso cada grupo o carácter consta de un bit Start, los bits de Datos (8 por lo general), un bit de Paridad (opcional) y finaliza con uno o dos bits de Stop.

El Estándar RS-232 Bit Start. Es la transición de 1 a 0 e indica el inicio de una transferencia. En la lógica RS-232 podría significar una transición de -15V a +15V y en lógica TTL es una transición de 5V a 0V.

El Estándar RS-232 Bits de Datos. Forman los datos en sí que se desean transmitir. Cada dato puede ser de 5, 6, 7 u 8 bits. Por supuesto, siempre preferimos trabajar con 8 bits (1 byte). El primer bit a transmitir es el menos significativo o LSbit (Least Significant Bit).

El Estándar RS-232 Bit de Paridad. Este bit es opcional y se puede enviar después de los bits de datos. Sirve para ayudar a detectar posibles errores en las transferencias de datos. Es muy raramente usado, primero, porque es poco efectivo (solo podría detectar errores, no corregirlos) y, segundo, porque hay mejores formas de tratamiento de errores.

El Estándar RS-232 Bits Stop. Los bits de Stop son estados de 1 lógico. El Estándar dice que puede haber 1, 1.5 ó 2 bits de Stop al final de los datos (o del bit de paridad si lo hubiera).

El Estándar RS-232 Velocidad de transmisión: El Baud Rate es el número de bits que se transmiten por segundo. Debido a que estamos hablando de un tipo de transmisión asíncrona, no existe una señal de reloj que sincronice los bits de datos. Para que los dispositivos transmisor y receptor se entiendan correctamente también es necesario que operen con el mismo baud rate.

El Estándar RS-232 Velocidad de transferencia: Los valores más comunes que fija el Estándar RS- 232 son: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 56000, 57600, 115200, 128000, 256000. Aunque las versiones más recientes del Estándar ponen un límite de 20 kbits, es común emplear los valores altos como 115200 (siempre que sea posible).

El Estándar RS-232 Señales del puerto serial: Internamente el puerto serial de una computadora es controlado por un circuito integrado (por ejemplo el 16750, de 40 pines). De esas líneas solo 9 salen al exterior y desembocan en un conector DB9 macho. Raras veces se ve que salen más líneas para llegar a un conector DB25.

El Estándar RS-232 Señales del puerto serial: En la figura mostrada las direcciones de las flechas señalan si los pines son de entrada o de salida. Del mismo modo, los colores ayudan a asociar los pines con funciones análogas o complementarias, así:

El Estándar RS-232 TD y RD se encargan de transmitir y recibir los datos, respectivamente. RTS y CTS sirven para controlar el Control del Flujo de Datos (Handshaking) hardware. DTR, DSR y DCD intervienen en el establecimiento de la comunicación. Además de ellos, están la infaltable tierra (SG) y RI, usada exclusivamente en conexiones con un módem.

El Estándar RS-232 Control del Flujo de Datos (Handshaking) El control de flujo de datos por software se identifica por el uso de los caracteres Xon (ASCII 0x11) y Xoff (ASCII 0x13). El diálogo es así: cuando, por alguna razón, el módem ya no desea recibir más datos de la computadora entonces le envía el carácter Xoff diciéndole que suspenda la transmisión al menos temporalmente. Cuando el módem esté nuevamente dispuesto a aceptar más datos le enviará el carácter Xon y la computadora reanudará la transferencia.

El Estándar RS-232 Control del Flujo de Datos (Handshaking) El control de flujo por hardware hace participar activamente a las líneas RTS y CTS. En un tipo de comunicación simplex el protocolo es éste: cuando la computadora quiere enviar datos al módem pone un 1 en RTS. Si el módem está dispuesto a recibir esos datos, le responderá con un 1 por la línea CTS y la computadora empezará a transmitir los datos; de otro modo, le responderá con un 0 y la computadora tendrá que posponer el envío de datos.

PROTOCOLO ONE-WIRE Historia 1-Wire es un protocolo de comunicaciones en serie diseñado por Dallas Semiconductor. Está basado en un bus, un maestro y varios esclavos de una sola línea de datos en la que se alimentan. Por supuesto, necesita una referencia a tierra común a todos los dispositivos.

PROTOCOLO ONE-WIRE Historia 1-Wire es un protocolo de comunicaciones en serie diseñado por Dallas Semiconductor. Está basado en un bus, un maestro y varios esclavos de una sola línea de datos en la que se alimentan. Por supuesto, necesita una referencia a tierra común a todos los dispositivos.

PROTOCOLO ONE-WIRE Generalidades Una red de dispositivos 1- Wire está conformada por un maestro y uno o más esclavos que poseen un único pin de datos de tipo “opendrain”, al que se conecta una resistencia de “Pull Up” anclada a +5V DC (nominal). Una de las características de la tecnología 1-Wire, es que cada dispositivo esclavo tiene una única e irrepetible identificación grabada en su memoria ROM al momento de su fabricación.

PROTOCOLO ONE-WIRE Características Utiliza niveles de alimentación CMOS/TTL con un rango de operación que abarca desde 2.8V hasta 6V. Tanto el maestro como los esclavos transmiten información de forma bidireccional, pero, sólo en una dirección a la vez, de ésta manera la comunicación es realizada en forma “half duplex”.

PROTOCOLO ONE-WIRE Características Toda la información es leída o escrita comenzando por el bit menos significativo (LSB). No se requiere del uso de una señal de reloj, ya que, cada dispositivo 1- Wire posee un oscilador interno que se sincroniza con el del maestro cada vez que en la línea de datos aparezca un flanco de bajada.

PROTOCOLO ONE-WIRE Características La alimentación de los esclavos se puede hacer utilizando el voltaje propio del BUS. Para ello, cada circuito esclavo posee un rectificador de media onda y un condensador, durante los períodos en los cuales no se efectúa ninguna comunicación, la línea de datos se encuentra en estado alto debido a la resistencia de “Pull Up”; en esa condición, el diodo entra en conducción y carga al condensador. Cuando el voltaje de la red cae por debajo de la tensión del condensador, el diodo se polariza en inverso evitando que el condensador se descargue. La carga almacenada en el condensador alimentará al circuito esclavo.

PROTOCOLO ONE-WIRE Características Las redes de dispositivos 1-Wire pueden tener fácilmente una longitud desde 200m y contener unos 100 dispositivos. Todas las tensiones mayores que 2,2 Voltios son consideradas un 1 lógico mientras que como un 0 lógico se interpreta cualquier voltaje menor o igual a 0,8 V.

PROTOCOLO ONE-WIRE Características La transferencia de información es a16.3Kbps en modo “Standard” y hasta a 142Kbps en modo “overdrive”.

PROTOCOLO ONE-WIRE Descripción del protocolo Podemos describir al protocolo 1-Wirevcomo una secuencia de transacciones de información, la cual, se desarrolla según los siguientes pasos: la Inicialización, comandos y funciones de ROM, comandos y funciones de control y memoria, transferencia de bytes o datos.

PROTOCOLO ONE-WIRE Comandos ROM Una vez que el microcontrolador recibe el pulso de presencia de los dispositivos esclavos, se puede enviar un comando de ROM. Los comandos de ROM son comunes a todos los dispositivos 1-Wire y se relacionan con la búsqueda, lectura y utilización de la dirección de 64 bits que identifica a esclavos. La Tabla muestra los comandos de ROM utilizados con los dispositivos 1-Wire.

PROTOCOLO ONE-WIRE Read ROM Permite al maestro leer el código de 8 bits de la familia, los 48 bits de numero de serie y 8 bits CRC, es decir lee la identificación de 64 bits del dispositivo esclavo. Este comando solo funciona si existe un solo dispositivo, ya que de lo contrario ocurrirá una colisión de datos cuando todos los esclavos transmitan al mismo tiempo.

PROTOCOLO ONE-WIRE Match ROM Seguido de una identificación de 64bits, este comando permite al maestro direccionar a un dispositivo en especifico cuando existe mas de un esclavo. El dispositivo que coincida con la identificación esperara por la instrucción siguiente, mientras que el resto de los esclavos esperaran por el pulso de reset.

PROTOCOLO ONE-WIRE Skip ROM: Permite direccionar de forma directa sin la necesidad de enviar la identificación. Este comando solo es utilizable cuando existe un solo esclavo, de lo contrario ocurrirá una colisión de datos cuando todos respondan.

PROTOCOLO ONE-WIRE Search ROM A través de este comando se puede leer los 64 bits de identificación de todos los dispositivos esclavos conectados.

PROTOCOLO ONE-WIRE Comandos y funciones de control y memoria Son funciones propias del dispositivo1-Wire. Incluyen comandos para leer/escribir en localidades de memoria, controlar el inicio de la conversión de un ADC, iniciar la medición de una temperatura o manipular el estado de un bit de salida, entre otros. Cada dispositivo define su propio conjunto de comandos.

PROTOCOLO ONE-WIRE Transferencia de datos La lectura y escritura de datos en el bus 1-Wire se hace por medio de “Slots”, la generación de estos es responsabilidad del maestro. Cuando el maestro lee información del bus, debe forzar la línea de datos a estado bajo durante al menos 1 µs y esperar unos 15µs para entonces leer el estado de la misma. El estado lógico de la línea en ese momento, estará determinado por el dispositivo esclavo.

LA NORMA TIA/EIA - 485 HISTORIA RS-485 o también conocido como EIA-485, que lleva el nombre del comité que lo convirtió en estándar en 1983. Es un estándar de comunicaciones en bus de la capa física del Modelo OSI.

LA NORMA TIA/EIA - 485 GENERALIDADES Cuando se necesita transmitir a largas distancias o con más altas velocidades que RS-232, RS-485 es la solución. Utilizando enlaces con RS-485 no hay limitación á conectar tan solo dos dispositivos. Dependiendo de la distancia, velocidad de transmisión y los circuitos integrados que utilicemos, se pueden conectar hasta 32 nodos con un simple par de cables.

LA NORMA TIA/EIA - 485 VENTAJAS a) Bajo costo Los Circuitos Integrados para trasmitir y recibir son baratos y solo requieren una fuente de +5V para poder generar una diferencia mínima entre las salidas diferenciales. En contraste con RS-232 que en algunos casos requiere de fuentes dobles para alimentar algunos circuitos integrados.

LA NORMA TIA/EIA - 485 VENTAJAS b) Capacidad de interconexión: RS-485 es una interface multi-enlace con la capacidad de poder tener múltiples transmisores y receptores. Con una alta impedancia receptora, los enlaces con RS-485 pueden llegar a tener a lo máximo hasta 256 nodos.

LA NORMA TIA/EIA - 485 VENTAJAS c) Longitud de Enlace: En un enlace RS-485 puede tener hasta 1.2Km de longitud, comparado con RS-232 que tiene unos limites típicos de 15 a 30 metros .

LA NORMA TIA/EIA - 485 VENTAJAS d) Rapidez: La razón de bits puede se tan alta como 10 Mega bits/ segundo.

LA NORMA TIA/EIA - 485 BALANCEO Y DESBALANCEO DE LINEAS La razón por la que RS- 485 puede transmitir a largas distancias, es porque utiliza el balanceo de líneas. Cada señal tiene dedicados un par de cables, sobre uno de ellos se encontrará un voltaje y en el otro se estará su complemento, de esta forma, el receptor responde a la diferencia entre voltajes.

LA NORMA TIA/EIA - 485

LA NORMA TIA/EIA - 485 BALANCEO Y DESBALANCEO DE LINEAS En cuanto a las líneas balanceadas la TIA/EIA-485 designa a estas dos líneas como A y B. En el controlador TX, una entrada alta TTL causa que la línea A sea más positiva (+) que la línea B, mientras que un bajo en lógica TTL causa que la línea B sea más positiva (+) que la línea A. Por otra parte en el controlador de recepción RX, si la entrada A es más positiva que la entrada B, la salida lógica TTL será “1” y si la entrada B es más (+) que la entrada A, la salida lógica TTL será un “0”.

LA NORMA TIA/EIA - 485 REQUERIMIENTOS Las interfaces típicas RS-485 utilizan una fuente de +5 Volts, pero lo niveles lógicos de los transmisores y receptores no operan a niveles estándares de +5V o voltajes lógicos CMOS. Para una salida válida, la diferencia entre las salidas A y B debe ser al menos +1.5V. Si la interface está perfectamente balanceada, las salidas estarán desfasadas igualmente a un medio de la fuente de Voltaje.

LA NORMA TIA/EIA - 485 REQUERIMIENTOS En el receptor RS-485, la diferencia de voltaje entre las entradas A y B necesita ser 0.2V. si A es al menos 0.2V más positiva que B, el receptor ve un 1 lógico y si B es al menos 0.2v más positivo que A, el receptor ve un 0 lógico. Si la diferencia entre A y B es menor a 0.2v, el nivel lógico es indefinido. Si esto ocurre habría un error en la transmisión y recepción de la información.

LA NORMA TIA/EIA - 485 REQUERIMIENTOS La diferencia entre los requerimientos del Transmisor y el Receptor pueden tener un margen de ruido de 1.3V. La señal diferencial puede atenuarse o tener picos de largo como de 1.3v, y aun así el receptor vera el nivel lógico correcto. El margen de ruido es menor que el de un enlace RS- 232, no hay que olvidar que RS- 485 maneja señale diferenciales y que cancela la mayoría del ruido a través de su enlace.

LA NORMA TIA/EIA - 485 REQUERIMIENTOS La terminación de los componentes, cuando se utiliza tiene una gran efecto sobre la corriente en el enlace. Muchos enlaces con RS-485 tiene una resistencia de 120 ohms a través de las líneas A y B en cada extremo de la línea. Por lo tanto cada enlace tiene dos terminales.

LA NORMA TIA/EIA - 485 COMUNICACIÓN HALF- DUPLEX Como se puede observar existe una línea de control, la cual habilita a los controladores en un solo sentido. Por lo tanto, se debe tener cuidado de no transmitir y recibir al mismo tiempo, ya que se podría crear una superposición de información. La sig. figura muestra el esquema de una comunicación RS-485 en Modo Half Duplex.

LA NORMA TIA/EIA - 485 COMUNICACIÓN FULL- DUPLEX El término Full Duplex se refiere a que un sistema puede transmitir y recibir información simultáneamente. Bajo este concepto la interfase RS-485 está diseñada para sistemas multipunto, esto significa que los enlaces pueden llegar a tener más de un transmisor y receptor, ya que cada dirección o sea Transmisión y Recepción tienen su propia ruta. La siguiente figura muestra lo anteriormente dicho.

ESTANDAR USB HISTORIA El Universal Serial Bus (USB) (bus universal en serie BUS) es un estándar industrial desarrollado a mediados de los años 1990 que define los cables, conectores y protocolos usados en un bus para conectar, comunicar y proveer de alimentación eléctrica entre ordenadores y periféricos y dispositivos electrónicos. La iniciativa del desarrollo partió de Intel que creó el USB Implementers Forum junto con IBM, Northern Telecom, COMPAQ, Microsoft, Digital Equipment Corporation y NEC en 1996 se lanzó la primera especificación (USB 1.0), la cual no fue popular, hasta 1998 con (USB 1.1). Actualmente agrupa a más de 685 compañías.

ESTANDAR USB APLICACIONES Su campo de aplicación se extiende en la actualidad a cualquier dispositivo electrónico o con componentes, desde los automóviles (las radios de automóvil modernas van convirtiéndose en reproductores multimedia con conector USB o iPod) a los reproductores de Blu-ray Disc o los modernos juguetes

ESTANDAR USB TIPOS DE CONECTORES Y SEÑALES.

ESTANDAR USB VELOCIDADES Baja velocidad (1.0): Tasa de transferencia de hasta 1,5 Mbit/s (188 kB/s). Utilizado en su mayor parte por dispositivos de interfaz humana (Human Interface Device, en inglés) como los teclados, los ratones (mouse), las cámaras web, etc.

ESTANDAR USB VELOCIDADES Velocidad completa (1.1): Tasa de transferencia de hasta 12 Mbit/s (1,5 MB/s) según este estándar . Ésta fue la más rápida antes de la especificación USB 2.0, y muchos dispositivos fabricados en la actualidad trabajan a esta velocidad.

ESTANDAR USB VELOCIDADES Alta velocidad (2.0): Tasa de transferencia de hasta 480 Mbit/s (60 MB/s) pero con una tasa real práctica máxima de 280 Mbit/s (35 MB/s). El cable USB 2.0 dispone de cuatro líneas, un par para datos, y otro par de alimentación.

ESTANDAR USB VELOCIDADES Superalta velocidad (3.0): Tiene una tasa de transferencia de hasta 4,8 Gbit/s (600 MB/s). La velocidad del bus es diez veces más rápida que la del USB 2.0, debido a que han incluido 5 contactos adicionales.

ESTANDAR USB TRANSMISIÓN DE DATOS Las señales del USB se transmiten en un cable de par trenzado con impedancia característica de 90 Ω ± 15%, cuyos hilos se denominan D+ y D-.9 Éstos, colectivamente, utilizan señalización diferencial en half dúplex excepto el USB 3.0 que utiliza un segundo par de hilos para realizar una comunicación en full dúplex.

ESTANDAR USB TRANSFERENCIAS Una transferencia se puede definir como el conjunto global de los datos que forman una comunicación USB, una transferencia está formada a su vez por una o varias transacciones que a su vez están formadas por diferentes paquetes de datos que contienen las tramas de una comunicación USB.

ESTANDAR USB TRANSFERENCIAS Control: se utilizan para configurar y enviar comandos, por ejemplo en la enumeración del dispositivo, más adelante veremos lo que es esto. Bulk (masivas): se utilizan cuando se precisa una transferencia de datos grande, es el tipo más rápido de transferencia, sin embargo no hay garantía de que los datos se transmitan en un tiempo determinado (no garantizada la latencia).

ESTANDAR USB TRANSFERENCIAS Isócronas: Es usada en dispositivos que transmiten señales de audio y de vídeo en tiempo real. Se garantiza una tasa de velocidad de transmisión determinada (latencia asegurada). Si no fuera así, por ejemplo en una transmisión de voz el audio se oiría entrecortado.

ESTANDAR USB TRANSFERENCIAS interrupción: latencia asegurada y verificación de que los datos se han transmitido con éxito, Se utiliza en dispositivos como: Teclados, Mouse, Sensores, Pantallas táctiles, y dispositivos que no requieran mucho ancho de banda.

ESTANDAR USB ENUMERACIÓN El Host es el encargado de detectar cualquier dispositivo que se conecta al bus. Cuando un dispositivo es detectado el Host necesita obtener información sobre el, a este proceso es al que se le llama enumeración. Esta información que necesita el Host se encuentra definida en el dispositivo en los llamados descriptores.

ESTANDAR USB ENDPOINT Los endpoint son simplemente buffer de memoria RAM que son utilizados para el envío y recepción de datos o comandos de control durante una comunicación USB. cada endpoint puede ser de entrada o salida de datos o bidireccional, el endpoint 0 está reservado para comandos de control, el proceso de enumeración se realiza a través del endpoint número 0.

ESTANDAR USB PIPE O TUBERÍA Es una conexión lógica entre un endpoint y el software del controlador del host que se produce tras el proceso de enumeración. Los Pipes se usan mucho en Sistemas Operativos como UNIX/LINUX para enlazar la salida de un proceso con la entrada de otro, en este caso el concepto es el mismo.

ESTANDAR USB CLASES USB HID (Human Interface Device) MSD (Mass Storage Device Class) CDC (Communications Device Class)

COMUNICACIÓN 4-20 mA La forma mas popular para transmitir señales en instrumentación industrial, aun hoy en día, es el estándar 4 a 20 miliamperios DC. Esta es una señal estándar, que significa que la señal de corriente usada es usada proporcionalmente para representar señales de medidas o salidas (comandos).

COMUNICACIÓN 4-20 mA Típicamente, un valor de 4 miliamperios de corriente representa 0% de medida, y un valor de 20 miliamperios representa un 100% de la medida, y cualquier otro valor entre 4 y 20 miliamperios representa un porcentaje entre 0% y 100%.

COMUNICACIÓN 4-20 mA Por ejemplo, si estamos calibrando un transmisor de temperatura a 4- 20mA para medir rango de 50 a 250 grados C, podríamos representar los valores de corriente y temperatura como el siguiente grafico.

COMUNICACIÓN 4-20 mA Esta señal de 4-20mA también es usada para sistemas de control para comandar posicionadores en una válvula de control o en variadores de velocidad. En estos casos, el valor de miliamperios no representa una medida del proceso, pero si un grado el cual el elemento final de control influye en el proceso. Típicamente (pero no siempre !!) los 4 miliamperios comandan a cerrar la válvula de control o parar un motor, mientras que 20 miliamperios comandan a abrir totalmente una válvula de control o poner un motor a su máxima velocidad.

Zigbee historia Las redes de la familia de ZigBee se conciben hacia 1998, al tiempo que se hizo claro que Wi-Fi y Bluetooth no serían soluciones válidas para todos los contextos. En concreto, se observó una necesidad de redes ad hoc inalámbricas. El estándar IEEE 802.15.4 se aprobó en mayo de 2003. En el verano de 2003, Philips Semiconductors puso fin a su inversión en redes de mallas. Philips Lighting ha perpetuado la participación de Philips, que sigue siendo un miembro promimente de la ZigBee Alliance.

Zigbee historia ZigBee Alliance anunció en octubre de 2004 una duplicación en su número de miembros en el último año a más de 100 compañías en 22 países. En abril de 2005 había más de 150 miembros corporativos, y más de 200 en diciembre del mismo año. La especificación se aprobó el 14 de diciembre de 2004. ZigBee 2004 se puso a disposición del público el 13 de junio de 2005. En diciembre de 2006 se publicó la actual revisión de la especificación. En Noviembre de 2007 se publicó el perfil HOME AUTOMATION de la especificación.

Zigbee IEEE 802.15.4 Es un estándar que define el nivel físico y el control de acceso al medio de redes inalámbricas de área personal con tasas bajas de transmisión de datos (low-rate wireless personal area network, LR-WPAN). En 2007, la actual revisión del estándar se aprobó en 2006. El grupo de trabajo IEEE 802.15 es el responsable de su desarrollo.

Zigbee zigbee Alliance ZigBee es una alianza, sin ánimo de lucro, de más de 100 empresas, la mayoría de ellas fabricantes de semiconductores, con el objetivo de auspiciar el desarrollo e implantación de una tecnología inalámbrica de bajo coste. Destacan empresas como Invensys, Mitsubishi, Honeywell, Philips y Motorola que trabajan para crear un sistema estándar de comunicaciones, vía radio y bidireccional, para usarlo dentro de dispositivos de domótica, automatización de edificios (inmótica), control industrial, periféricos de PC , juguetería,  sensores médicos. Los miembros de esta alianza justifican el desarrollo de este estándar para cubrir el vacío que se produce por debajo del Bluetooth.

¿Qué es Zigbee? ZigBee, también conocido como "HomeRF Lite", es una tecnología inalámbrica con velocidades comprendidas entre 20 kB/s y 250 kB/s y rangos de 10 m a 75 m. Puede usar las bandas libres ISM de 2,4 GHz, 868 MHz (Europa) y 915 MHz (EEUU). Una red ZigBee puede estar formada por hasta 255 nodos los cuales tienen la mayor parte del tiempo el transceiver ZigBee dormido con objeto de consumir menos que otras tecnologías inalámbricas. El objetivo, es que un sensor equipado con un transceiver ZigBee pueda ser alimentado con dos pilas AA durante al menos 6 meses y hasta 2 años.

¿Qué es Zigbee? Como comparativa, la tecnología Bluetooth es capaz de llegar a 1 MB/s en distancias de hasta 10 m operando en la misma banda de 2,4 GHz, sólo puede tener 8 nodos por celda y está diseñado para mantener sesiones de voz de forma continuada, aunque pueden construirse redes que cubran grandes superficies ya que cada ZigBee actúa de repetidor enviando la señal al siguiente, etc. Al igual que Bluetooth, el origen del nombre es un poco rebuscado, pero la idea vino de una colmena de abejas pululando alrededor de su panal y comunicándose entre ellas, algo así como la comunicación que se produce con el zumbido de las abejas..

Comparación de Estándares Ancho de Banda Consumo de potencia Ventajas Aplicaciones Wi-Fi Hasta 54Mbps 400ma transmitiendo, 20ma en reposo Gran ancho de banda Navegar por Internet, redes de ordenadores, transferencia de ficheros Bluetooth 1 Mbps 40ma transmitiendo, 0.2ma en reposo Interoperatividad, sustituto del cable Wireless USB, móviles, informática casera ZigBee 250 kbps 30ma transmitiendo, 3ma en reposo Batería de larga duración, bajo coste Control remoto, productos dependientes de la batería, sensores , juguetería

Arquitectura Zigbee

Tipos de dispositivos zigbee El coordinador de red, que mantiene en todo momento el control del sistema. Es el más sofisticado de los tipos de dispositivos, requiere memoria y capacidad de computación. El dispositivo de función completa (FFD) capaz de recibir mensajes del estándar 802.15.4. Este puede funcionar como un coordinador de red. La memoria adicional y la capacidad de computar, lo hacen ideal para hacer las funciones de Router o para ser usado en dispositivos de red que actúen de interface con los usuarios. El dispositivo de función reducida (RFD) de capacidad y funcionalidad limitadas (especificada en el estándar) para el bajo coste y simplicidad. Son los sensores/actuadores de la red.

Tipos de redes zigbee

Irda Infrared Data Association (IrDA) (Asociación de datos infrarrojos) define un estándar físico en la forma de transmisión y recepción de datos por rayos infrarrojo. IrDA se crea en 1993 entre HP, IBM, Sharp y otros.

Irda Esta tecnología está basada en rayos luminosos que se mueven en el espectro infrarrojo. Los estándares IrDA soportan una amplia gama de dispositivos eléctricos, informáticos y de comunicaciones, permite la comunicación bidireccional entre dos extremos a velocidades que oscilan entre los 9600 bit/s y los 4 Mbit/s.

Irda Esta tecnología se encontraba en muchos ordenadores portátiles y e teléfonos móviles de finales de los 90´s y principios de la década del 2000, sobre todo en los de fabricantes líderes como Nokia y Ericsson, fue gradualmente desplazada por tecnologías como wifi y bluetooth.

Irda Características Adaptación compatible con futuros estándares. Cono de ángulo estrecho de 30º . Opera en una distancia de 0 a 1 metro. Conexión universal sin cables. Comunicación punto a punto. Soporta un amplio conjunto de plataformas de hardware y software.