Padrões de interfaceamento digital (ART339)

A interligação de equipamentos de processamento de dados é um assunto bastante complexo dada a diversidade de padrões. Muito mais do que a simples utilização de um modem, existem diversos modos possíveis de se interligar equipamentos o que leva também a diversos padrões que são adotados internacionalmente. O conhecimento desses padrões é fundamental no desenvolvimento de qualquer equipamento. Neste artigo vamos mostrar alguns dos padrões mais conhecidos, num artigo que pode ser de muita utilidade como material de consulta para os profissionais da área.

 

Para a interligação de equipamentos de modo a haver uma troca de dados, diversos fatores devem ser levados em conta e que basicamente determinam o tipo de interfaceamento a ser usado.

Estes fatores são:

a) Níveis de sinal

b) Tipo de lógica (positiva ou negativa)

c) Orientação por bit ou byte

d) Tipo de linha de transmissão a ser usada

e) Forma de transmissão se balanceada ou não balanceada, se com terminação ou sem terminação, se unidirecional ou bidirecional, se multiplex ou simplex.

f) Imunidade ao ruído

g) Tipos de conectores usados

h) Velocidade de transmissão necessária

Felizmente, a maioria dos computadores adota uma padronização comum para os sinais de entrada e saída (I/O) o que significa que os problemas de interfaceamento não passam para o interior dos computadores, o que facilita bastante o trabalho do projetista.

 

Na tabela I temos então os principais padrões de interfaceamento digital.

 

Padrões de interfaceamento
Padrões de interfaceamento

 

Sobre os padrões RS que correspondem a aplicação industrial temos alguns comentários fazer. O RS-232C, por exemplo é indicado para linhas curtas não balanceadas. O padrão RS422 é para linhas longas balanceadas. O padrão RS423 corresponde a um "up-grade" do RS232, enquanto que o RS-449 corresponde a um sistema de padrão que cobre o uso do RS-422 e RS-423.

O padrão RS-485 é para linhas balanceadas longas do tipo multiponto.

Para aplicações Internacionais, o CCITT Vol V.24 é similar ao RS-232, enquanto que o CCITT N97 X. 26 é similar ao RS-423. O CCITT N97 X. 27 é simular ao RS-422.

Dentro do padrão americano militar, o MIL-STD 188C refere-se a linhas curtas não balanceadas, enquanto que o 188-114 é similar ao RS-422, RS423.

O padrão MIL-STD-1397 (Slow) é da marinha e refere-se a linhas de 42kbits por segundo, correspondendo ao padrão lento. O padrão rápido da marinha é o MIL-STD-1397 (Fast) sendo adotado para linhas de 250k bits por segundo.

O padrão Governamental dos Estados Unidos, mas não militar FED-STD-1020 é equivalente ao RS-423 e o FED-STD-1030 é equivalente ao RDS-422.

Para o padrão de interfaceamento entre computadores e periféricos, o IBM-360/370 usam barramento não balanceado assim o DEC Mini-Computer.

Para o interfaceamento entre instrumentos e computadores o padrão CAMAC de instrumentação nuclear se baseia em níveis lógicos TTL e DTL, enquanto que o padrão 488 para instrumentos de laboratório se baseia em barramento não balanceado.

No interfaceamento entre microprocessadores e dispositivos de interfaceamento o padrão Microbus usa linhas curtas paralelas de 8 bit para transmissão digital.

Os padrões RS-357 e RS-366 incorporam os padrões RS-232.

O Padrão RS-408 é aplicado em linhas muito curtas, inferiores a 4 pés.

 

PADRÕES AMERICANOS DTE/DCE INDUSTRIAIS

a) EIA RS-232

O RS-232C é o padrão mais antigo e também mais conhecido. Este padrão se destina a uma ligação tipo "one-way/non-reversible" desbalanceada para linhas sem terminação. Os dados digitais são transmitidos na forma serial. Na figura 1 temos um circuito de aplicação para este tipo de interfaceamento que tem na tabela II as especificações principais.

 

Interface RS-232C
Interface RS-232C

 

 

EIA - RS-232C
EIA - RS-232C

 

Dentre as especificações mais importantes deste padrão temos as seguintes:

* Operação com lógica positiva e tensões de +/-5V à +/- 15V

* Proteção contra erros

* Controle da taxa de crescimento

* Comprimento máaximo de cabo recomendado: 50 pés

* taxa de transmissão: até 20 kbits por segundo

 

b) EIA RS-422/RS-423/RS-485

Estes padrões foram introduzidos pela EIA em 1975 como uma melhoria nos padrões anteriores incluindo as principais vantagens do RS-232.

Assim, o RS-422 foi destinado à transmissão usando linhas balanceadas enquanto que o RS-423 foi destinado a padronização dos sistemas usando linhas desbalanceadas.

Em 1983 a EIA apresentou um novo padrão, o RS-485 que visava eliminar algumas das desvantagens apresentadas pelo RS-423.

O RS-423, em detalhes, se assemelha bastante ao RS-232 no sentido de que ele fornece as especificações para linhas de transmissão de dados não reversíveis. No entanto, ele vai além no sentido de admitir velocidade maior (100 k baud) e linha de maior comprimento (até 30 pés) além de possibilitar o uso de um receptor com entrada em modo comum de tensão (VCM) com tensão de +/- 7V conforme mostra a figura 2.

 

Interface RS423
Interface RS423

 

Observe que, como a tensão é referida ao terra do driver.

A tabela III resume as principais características deste padrão.

 

EIA - RS423
EIA - RS423

 

RS-EIA-422
RS-EIA-422

 

No entanto destaca-se que este padrão prevê saídas de drives protegidas contra faltas, taxas de crescimento controladas que reduzem a modulação cruzada e as reflexões.

Para o RS-422 temos as especificações para a transmissão de dados unidirecionais/não-reversíveis com linhas de transmissão tanto com terminações como sem terminações. A velocidade de transmissão chega aos 10 M Baud com linhas de até 30 pés.

Na figura 3 temos um diagrama de aplicação prática para um interfaceamento usando este padrão.

 

Interface RS422
Interface RS422

 

Para o caso do RS0485 temos uma espécie de adaptação que acomoda os requisitos de uma linha de transmissão balanceada a um circuito de linha partilhada. Trata-se de um padrão semelhante ao RS-422 com uma espécie de melhoria que permite a aplicação multi-ponto de modo que diversos drivers e receivers compartilhem da mesma linha de transmissão.

Na figura 4 temos um diagrama de aplicação típica deste padrão num sistema de linha partilhada.

 

Padrão de um sistema compartilhado
Padrão de um sistema compartilhado

 

Uma característica importante deste padrão é a adoção de linhas de pares trançados de 120 ? com terminações em ambos os extremos.

Na tabela IV temos as principais especificações para este padrão.

 

EIA RS-485
EIA RS-485

 

PADRÕES INTERNACIONAIS

Conforme já salientamos o padrão CCITT 1969 Vol VIII, V.24 é idêntico ao RS-232-C. O CCITT circular N97 Com SPA/13, X. 26 é similar ao RS-232 exceto pelo fato de que a sensibilidade máxima do receptor na tensão em modo comum deve ser de +/- 300 mV contra +/- 200 mV do RS-422.

Para o padrão CCITT circular 97 Com SPA/13, X. 27 temos que ele é semelhante ao RS-432 exceto por dois pontos:

* A sensibilidade do receptor é como a especificada no parágrafo X.26.

* A tensão de saída do driver é especificada para uma resistência de carga de 3,9 k ?.

 

PADRÕES MILITARES AMERICANOS

O padrão MIL-STD-188C (low Level) é equivalente ao RS-232C. Na figura. Na figura 5 temos uma aplicação deste padrão.

 

Padrão MIL-STD-188C
Padrão MIL-STD-188C

 

Já, o padrão MIL-STD-188-114 Balanceado é similar ao RS-422 com excessão de que a tensão offset do driver é limitada à +/- 0,4 V contra +/- 3V do padrão RS-422.

Similar ao padrão RS-423 é o MIL-STD-188-114 com excessão que a tensão de saída do driver com carga (RL=450 ?) deve ser 90% da tensão no circuito aberto, contra +/- 2V para Rs-100 ? do padrão RS-422.

 

PADRÕES DE INTERFACEAMENTO ENTRE COMPUTADORES E PERIFÉRICOS

Para dados realmente os padrões existentes se baseiam totalmente nas especificações da IBM e DEC correspondentes as portas do IBM 360/370 e do Unibus respectivamente.

A especificação GA-22-6974-0 da IBM cobre as características elétricas , o formato da informação e as sequências de controle dos dados transmitidos entre computadores IBM 360/370.

O interfaceamento consiste num barramento não balanceado usando cabos coaxiais de 95 ? com terminações. Os dispositivos que são conectados ao barramento devem ter proteção contra curto-crcuito, histerese nos receptores e drivers com coletor aberto.

Na figura 6 temos um circuito de aplicação.

 

Interfaceamento entre computadores e periféricos
Interfaceamento entre computadores e periféricos

 

Deve-se dar especial atenção aos comprimentos e qualidade dos cabos de modo a limitar o nível de ruído a 400 mV.

Na tabela V temos as especificações principais deste padrão.

 

Especificações principais deste padrão
Especificações principais deste padrão

O padrão DEC UNIBUS é um exemplo de padrão não oficial sendo usado basicamente com minicomputadores DEC. Esta interface faz uso de um barramento de dados com dupla terminação de 120 ?, conforme mostra a figura 7.

 

A dupla terminação de 12 ohms
A dupla terminação de 12 ohms

 

PADRÕES DE INTERFACEAMENTO ENTRE INSTRUMENTOS E COMPUTADORES

Estes padrões devem chamar mais a atenção de nossos leitores, principalmente levando-se em conta que o principal problema enfrentado esta no desenvolvimento do conjunto de circuitos de interfaceamento.

Assim, para cada combinação de instrumentos temos uma solução diferente no projeto da interface.

Dois grupos principais dirigem seus esforços de modo a gerar soluções diferentes de interfaceamento e que levaram inevitavelmente a dois padrões diferentes:

O padrão de barramento IEEE 488 baseado em propostas da HP e o sistema CAMAC que foi inicialmente proposto pela comunidade de físicos nucleares.

Analisemos separadamente os dois grupos:

O IEE488 cobre o interfaceamento tanto elétrico como mecânico entre instrumentos de laboratório como geradores de sinais, DPMs, contadores, etc e processadores como calculadoras programáveis, minicomputadores, etc.

O padrão prevê o interfaceamento múltiplo de até 15 instrumentos pelas portas I/O em "margarida" incluindo processadores, com distâncias de separação de até 60 pés. São usadas 16 linhas, sendo 3 de "handshake", 5 de controle e 8 de dados.

Na tabela VI temos as especificações do padrão IEE 488.

 

IEEE 488
IEEE 488

Um circuito de aplicação típico para este padrão é mostrado na figura 8.

 

Circuito de aplicação do IEE 488
Circuito de aplicação do IEE 488

 

No sistema CAMAC temos a possibilidade de fazer o interfaceamento tanto pelas portas seriais como paralelas usando um controlador "crate".

Os circuitos eletrônicos usados são compatíveis tanto com lógica DTL como TTL.

As especificações para o sistema CAMAC são dadas na tabela VII.

 

Padrão Microbus
Padrão Microbus

 

PADRÕES DE INTERFACEAMENTO DE SISTEMAS DE MICROPROCESSADORES

Dois tipos de organização de barramentos são exigidos para aplicação dos padrões mais comuns.

a) Sistema mínimo para transferência de dados em curtas distâncias, normalmente em uma placa de PC.

b) Sistema expandido para transferência de dados para outros elementos do sistema, como por exemplo memórias.

Para o sistema mínimo e Microbus considera-se a utilização de microprocessadores MOS/LSI e dispositivos de interfaceamento muito próximos. A comunicação é feita por linhas paralelas de 8 bits.

Neste sistema são especificadas as características de interfaceamento para as famílias de microprocessadores 8060, 8080 e 8090 conforme mostrado na figura abaixo.

 

Interfaceamento para as famílias de microprocessadores 8060, 8080 e 8090
Interfaceamento para as famílias de microprocessadores 8060, 8080 e 8090

 

Para o sistema de interfaceamento expandido de microprocessadores temos a consideração de os dispositivos possuem saídas TTL o que requer o uso de buffers tanto nas linhas de dados como de endereçamento.

 

CONCLUSÃO

Este artigo, baseado na AN-216 da National Semiconductor dá as informações básicas sobre os padrões de interfaceamento ajudando tanto o projetista como o instalador.

Se bem que existam outros padrões, como o RS-357 e o RS-366 para interfaceamento de fax como telefones e terminais de dados, em outra oportunidade eles deverão ser abordados de forma mais específica.


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