+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Последовательное соединение элементов электрической цепи

Последовательным называется соединение, когда конец одного элемента соединяется с условным началом второго, конец второго – с началом третьего и т.д.

Рис. 1.1. Схема последовательного соединения элементов

Свойства последовательного соединения элементов.

1. Последовательное соединение характеризуется общим для всех элементов током:

2. Эквивалентное сопротивление последовательного участка схемы:

3. Падения напряжения на отдельных элементах распределяются пропорционально величинам их сопротивлений и в совокупности равны напряжению, подаваемому на схему (следует из второго закона Кирхгофа):

4.  Суммарная мощность приёмников, равная мощности источника (следует из уравнения баланса мощности):

Мощность, потребляемая отдельным элементом:

Параллельное соединение элементов электрической цепи

Параллельным называется соединение, при котором объединяются в узел начала приёмников и соответственно их концы. Напряжение подаётся на узлы.

Рис. 1.2. Схема параллельного соединения элементов

Свойства параллельного соединения элементов.

1. Параллельное соединение характеризуется общим для всех элементов напряжением, равным напряжению питающей сети:

2. Эквивалентное сопротивление параллельного участка схемы:

Эквивалентная проводимость параллельного участка схемы:

Проводимость отдельного элемента:

3.  Токи в ветвях схемы распределяются обратно пропорционально сопротивлениям элементов и в совокупности равны току в неразветвленной части схемы (следует из первого закона Кирхгофа):

4. Суммарная мощность приёмников, равная мощности источника (следует из уравнения баланса мощности):

Мощность, потребляемая отдельным элементом:

Смешанное соединение элементов электрической цепи

Смешанным называется соединение, при котором имеют место и последовательное, и параллельное соединения элементов.

Рис. 1.3. Схема смешанного соединения элементов

Один из способов расчёта цепей смешанного соединения элементов – метод эквивалентных преобразований, основанный на последовательном преобразовании участков цепи, имеющих параллельное или последовательное соединение элементов

На рис. 1. 3 резисторы R2иR3соединены параллельно, следовательно, их эквивалентное сопротивлениеR23равно:

Полученный элемент R23последовательно соединён с сопротивлениемR1, следовательно, эквивалентное сопротивление всей цепи равно:

Остальные параметры схемы на рис. 1.3 определяются исходя из аналогичных рассуждений.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ №1

Перед началом работы со стендом проверьте, что автомат под столешницей отключён (находится в нижнем положении).

Опыт №1. Последовательное соединение элементов электрической цепи

Соберите цепь по схеме на рис. 1.4 (рекомендации по сборке даны во введении).

Рис.1.4. Схема проведения опыта №1

Убедитесь, что рукоятка ЛАТРа вывернута против часовой стрелки до упора. Подайте питание на стенд, включив автомат под столешницей. Нажмите кнопку включения сети «ВКЛ». Включите источник питания «ПОСТОЯННОЕ». ЛАТРом плавно увеличивайте напряжение, подаваемое на собранную цепь, до значения, указанное преподавателем. Проведите на стенде необходимые измерения, результаты занесите в табл. 1.1. По окончании опыта выверните рукоятку ЛАТРа против часовой стрелки до упора и отключите источник питания.

Последовательное и параллельное соединение элементов электрической цепи. Последовательное и параллельное соединения проводников

На уроке рассматривается параллельное соединение проводников. Изображается схема такого соединения, показывается выражение для вычисления силы тока в такой цепи. Также вводится понятие эквивалентного сопротивления, находится его значение для случая параллельного соединения.

Соединения проводников бывают различные. Они могут быть параллельными, последовательными и смешанными. На данном уроке мы рассмотрим параллельное соединение проводников и понятие эквивалентного сопротивления.

Параллельным соединением проводников называется такое соединение, при котором начала и концы проводников соединяются вместе. На схеме такое соединение обозначается следующим образом (рис. 1):

Рис. 1. Параллельное соединение трех резисторов

На рисунке изображены три резистора (прибор, основанный на сопротивлении проводника) с сопротивлениями R1, R2, R3. Как видим, начала этих проводников соединены в точке А, концы — в точке Б, а расположены они параллельно друг другу. Также в цепи может быть большее количество параллельно соединенных проводников.

Теперь рассмотрим следующую схему (рис. 2):

Рис. 2. Схема для исследования силы тока при параллельном соединении проводников

В качестве элементов цепи мы взяли две лампы (1а, 1б). Они также имеют свое сопротивление, поэтому мы их можем рассматривать наравне с резисторами. Эти две лампы соединены параллельно, соединяются они в точках А и Б. К каждой лампе подсоединен свой амперметр: соответственно, А 1 и А 2 .

Также есть амперметр А 3 , который измеряет силу тока во всей цепи. В цепь еще входит источник питания (3) и ключ (4).

Замкнув ключ, мы будем следить за показаниями амперметров. Амперметр А 1 покажет силу тока, равную I 1 , в лампе 1а, амперметр А 2 — cилу тока, равную I 2 , в лампе 1б. Что же касается амперметра А 3 , то он покажет силу тока, равную сумме токов в каждой отдельной взятой цепи, соединенных параллельно: I = I 1 + I 2 . То есть, если сложить показания амперметров А 1 и А 2 , то получим показания амперметра А 3 .

Стоит обратить внимание, что если одна из ламп перегорит, то вторая будет продолжать работать. При этом весь ток будет проходить через эту вторую лампу. Это очень удобно. Так, например, электроприборы в наших домах включаются в цепь параллельно. И если один из них выходит из строя, то остальные остаются в рабочем состоянии.

Рис. 3. Схема для нахождения эквивалентного сопротивления при параллельном соединении

На схеме рис. 3 мы оставили один амперметр (2), но добавили в электрическую цепь вольтметр (5) для измерения напряжения. Точки А и Б являются общими и для первой (1а), и для второй лампы (1б), а значит, вольтметр измеряет напряжение на каждой из этих ламп (U 1 и U 2) и во всей цепи (U). Тогда U = U 1 = U 2 .

Эквивалентным сопротивлением называется сопротивление, которое может заменить все элементы, входящие в данную цепь. Посмотрим, чему же оно будет равно при параллельном соединении. Из закона Ома можно получить, что:

В данной формуле R — эквивалентное сопротивление, R 1 и R 2 — сопротивление каждой лампочки, U = U 1 = U 2 — напряжение, которое показывает вольтметр (5). При этом мы используем то, что сумма токов в каждой отдельной цепи равна общей силе тока (I = I 1 + I 2). Отсюда можно получить формулу для эквивалентного сопротивления:

Если в цепи будет больше элементов, соединенных параллельно, то и слагаемых будет больше. Тогда придется вспомнить, как работать с простыми дробями.

Стоить отметить, что при параллельном соединении эквивалентное сопротивление будет достаточно малым. Соответственно, сила тока будет достаточно большой. Это стоит учитывать при включении в розетки большого количества электрических приборов. Ведь тогда сила тока возрастет, что может привести к перегреванию проводов и пожарам.

На следующем уроке мы рассмотрим другой тип соединения проводников — последовательное.

Список литературы

  1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. — М.: Мнемозина.
  2. Перышкин А.В. Физика 8. — М.: Дрофа, 2010.
  3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. — М.: Просвещение.
  1. Физика ().
  2. Сверхзадача ().
  3. Интернет-портал Nado5.ru ().

Домашнее задание

  1. Стр. 114-117: вопросы № 1-6. Перышкин А.В. Физика 8. — М.: Дрофа, 2010.
  2. Могут ли быть параллельно соединены более трех проводников?
  3. Что случится, если одна из двух ламп, которые соединены параллельно, перегорит?
  4. Если к любой цепи параллельно подключить еще один проводник, всегда ли её эквивалентное сопротивление будет уменьшаться?

Одним из китов, на котором держатся многие понятия в электронике, является понятие последовательного и параллельного подключения проводников.

Знать основные отличия указанных типов подключения просто необходимо. Без этого нельзя понять и прочитать ни одной схемы.

Основные принципы

Электрический ток движется по проводнику от источника к потребителю (нагрузке). Чаще всего в качестве проводника выбирается медный кабель. Связано это с требованием, которое предъявляется к проводнику: он должен легко высвобождать электроны.

Независимо от способа подключения, электрический ток двигается от плюса к минусу. Именно в этом направлении убывает потенциал. При этом стоит помнить, что провод, по котору идет ток, также обладает сопротивлением. Но его значение очень мало. Именно поэтому им пренебрегают. Сопротивление проводника принимают равным нулю. В том случае, если проводник обладает сопротивлением, его принято называть резистором.

Параллельное подключение

В данном случае элементы, входящие в цепь, объединены между собой двумя узлами. С другими узлами у них связей нет. Участки цепи с таким подключением принято называть ветвями. Схема параллельного подключения представлена на рисунке ниже.

Если говорить более понятным языком, то в данном случае все проводники одним концом соединены в одном узле, а вторым — во втором. Это приводит к тому, что электрический ток разделяется на все элементы. Благодаря этому увеличивается проводимость всей цепи.

При подключении проводников в цепь данным способом напряжение каждого из них будет одинаково. А вот сила тока всей цепи будет определяться как сумма токов, протекающих по всем элементам. С учетом закона Ома путем нехитрых математических расчетов получается интересная закономерность: величина, обратная общему сопротивлению всей цепи, определяется как сумма величин, обратных сопротивлениям каждого отдельного элемента. При этом учитываются только элементы, подключенные параллельно.

Последовательное подключение

В данном случае все элементы цепи соединены таким образом, что они не образуют ни одного узла. При данном способе подключения имеется один существенный недостаток. Он заключается в том, что при выходе из строя одного из проводников все последующие элементы работать не смогут. Ярким примером такой ситуации является обычная гирлянда. Если в ней перегорает одна из лампочек, то вся гирлянда перестает работать.

Последовательное подключение элементов отличается тем, что сила тока во всех проводниках равна. Что касается напряжения цепи, то оно равно сумме напряжения отдельных элементов.

В данной схеме проводники включаются в цепь поочередно. А это значит, что сопротивление всей цепи будет складываться из отдельных сопротивлений, характерных для каждого элемента. То есть общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений всех проводников. Эту же зависимость можно вывести и математическим способом, используя закон Ома.

Смешанные схемы

Бывают ситуации, когда на одной схеме можно увидеть одновременно последовательное и параллельное подключение элементов. В таком случае говорят о смешанном соединении. Расчет подобных схем проводится отдельно для каждой из группы проводников.

Так, чтобы определить общее сопротивление, необходимо сложить сопротивление элементов, подключенных параллельно, и сопротивление элементов с последовательным подключением. При этом последовательное подключение является доминантным. То есть его рассчитывают в первую очередь. И только после этого определяют сопротивление элементов с параллельным подключением.

Подключение светодиодов

Зная основы двух типов подключения элементов в цепи, можно понять принцип создания схем различных электроприборов. Рассмотрим пример. во многом зависит от напряжения источника тока.

При небольшом напряжении сети (до 5 В) светодиоды подключают последовательно. Снизить уровень электромагнитных помех в данном случае поможет конденсатор проходного типа и линейные резисторы. Проводимость светодиодов увеличивают за счет использования системных модуляторов.

При напряжении сети 12 В может использоваться и последовательное, и параллельное подключение сети. В случае последовательного подключения используют импульсные блоки питания. Если собирается цепь из трех светодиодов, то можно обойтись без усилителя. Но если цепь будет включать большее количество элементов, то усилитель необходим.

Во втором случае, то есть при параллельном подключении, необходимо использование двух открытых резисторов и усилителя (с пропускной способностью выше 3 А). Причем первый резистор устанавливается перед усилителем, а второй — после.

При высоком напряжении сети (220 В) прибегают к последовательному подключению. При этом дополнительно используют операционные усилители и понижающие блоки питания.

Всем доброго времени суток. В прошлой статье я рассмотрел , применительно к электрическим цепям, содержащие источники энергии. Но в основе анализа и проектирования электронных схем вместе с законом Ома лежат также законы баланса , называемым первым законом Кирхгофа, и баланса напряжения на участках цепи, называемым вторым законом Кирхгофа, которые рассмотрим в данной статье. Но для начала выясним, как соединяются между собой приёмники энергии и какие при этом взаимоотношения между токами, напряжениями и .

Приемники электрической энергии можно соединить между собой тремя различными способами: последовательно, параллельно или смешано (последовательно — параллельно). Вначале рассмотрим последовательный способ соединения, при котором конец одного приемника соединяют с началом второго приемника, а конец второго приемника – с началом третьего и так далее. На рисунке ниже показано последовательное соединение приемников энергии с их подключением к источнику энергии

Пример последовательного подключения приемников энергии.

В данном случае цепь состоит из трёх последовательных приемников энергии с сопротивлением R1, R2, R3 подсоединенных к источнику энергии с U. Через цепь протекает электрический ток силой I, то есть, напряжение на каждом сопротивлении будет равняться произведению силы тока и сопротивления

Таким образом, падение напряжения на последовательно соединённых сопротивлениях пропорциональны величинам этих сопротивлений.

Из вышесказанного вытекает правило эквивалентного последовательного сопротивления, которое гласит, что последовательно соединённые сопротивления можно представить эквивалентным последовательным сопротивлением величина, которого равна сумме последовательно соединённых сопротивлений. Это зависимость представлена следующими соотношениями

где R – эквивалентное последовательное сопротивление.

Применение последовательного соединения

Основным назначением последовательного соединения приемников энергии является обеспечение требуемого напряжения меньше, чем напряжение источника энергии. Одними из таких применений является делитель напряжения и потенциометр


Делитель напряжения (слева) и потенциометр (справа).

В качестве делителей напряжения используют последовательно соединённые резисторы, в данном случае R1 и R2, которые делят напряжение источника энергии на две части U1 и U2. Напряжения U1 и U2 можно использовать для работы разных приемников энергии.

Довольно часто используют регулируемый делитель напряжения, в качестве которого применяют переменный резистор R. Суммарное сопротивление, которого делится на две части с помощью подвижного контакта, и таким образом можно плавно изменять напряжение U2 на приемнике энергии.

Ещё одним способом соединения приемников электрической энергии является параллельное соединение, которое характеризуется тем, что к одним и тем же узлам электрической цепи присоединены несколько преемников энергии. Пример такого соединения показан на рисунке ниже


Пример параллельного соединения приемников энергии.

Электрическая цепь на рисунке состоит из трёх параллельных ветвей с сопротивлениями нагрузки R1, R2 и R3. Цепь подключена к источнику энергии с напряжением U, через цепь протекает электрический ток с силой I. Таким образом, через каждую ветвь протекает ток равный отношению напряжения к сопротивлению каждой ветви

Так как все ветви цепи находятся под одним напряжением U, то токи приемников энергии обратно пропорциональны сопротивлениям этих приемников, а следовательно параллельно соединённые приемники энергии можно заметь одним приемником энергии с соответствующим эквивалентным сопротивлением, согласно следующих выражений

Таким образом, при параллельном соединении эквивалентное сопротивление всегда меньше самого малого из параллельно включенных сопротивлений.

Смешанное соединение приемников энергии

Наиболее широко распространено смешанное соединение приемников электрической энергии. Данной соединение представляет собой сочетание последовательно и параллельно соединенных элементов. Общей формулы для расчёта данного вида соединений не существует, поэтому в каждом отдельном случае необходимо выделять участки цепи, где присутствует только лишь один вид соединения приемников – последовательное или параллельное. Затем по формулам эквивалентных сопротивлений постепенно упрощать данные участи и в конечном итоге приводить их к простейшему виду с одним сопротивлением, при этом токи и напряжения вычислять по закону Ома. На рисунке ниже представлен пример смешанного соединения приемников энергии


Пример смешанного соединения приемников энергии.

В качестве примера рассчитаем токи и напряжения на всех участках цепи. Для начала определим эквивалентное сопротивление цепи. Выделим два участка с параллельным соединением приемников энергии. Это R1||R2 и R3||R4||R5. Тогда их эквивалентное сопротивление будет иметь вид

В результате получили цепь из двух последовательных приемников энергии R 12 R 345 эквивалентное сопротивление и ток, протекающий через них, составит

Тогда падение напряжения по участкам составит

Тогда токи, протекающие через каждый приемник энергии, составят

Как я уже упоминал, законы Кирхгофа вместе с законом Ома являются основными при анализе и расчётах электрических цепей. Закон Ома был подробно рассмотрен в двух предыдущих статьях, теперь настала очередь для законов Кирхгофа. Их всего два, первый описывает соотношения токов в электрических цепях, а второй – соотношение ЭДС и напряжениями в контуре. Начнём с первого.

Первый закон Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма токов в узле равна нулю. Описывается это следующим выражением

где ∑ — обозначает алгебраическую сумму.

Слово «алгебраическая» означает, что токи необходимо брать с учётом знака, то есть направления втекания. Таким образом, всем токам, которые втекают в узел, присваивается положительный знак, а которые вытекают из узла – соответственно отрицательный. Рисунок ниже иллюстрирует первый закон Кирхгофа


Изображение первого закона Кирхгофа.

На рисунке изображен узел, в который со стороны сопротивления R1 втекает ток, а со стороны сопротивлений R2, R3, R4 соответственно вытекает ток, тогда уравнение токов для данного участка цепи будет иметь вид

Первый закон Кирхгофа применяется не только к узлам, но и к любому контуру или части электрической цепи. Например, когда я говорил о параллельном соединении приемников энергии, где сумма токов через R1, R2 и R3 равна втекающему току I.

Как говорилось выше, второй закон Кирхгофа определяет соотношение между ЭДС и напряжениями в замкнутом контуре и звучит следующим образом: алгебраическая сумма ЭДС в любом контуре цепи равна алгебраической сумме падений напряжений на элементах этого контура. Второй закон Кирхгофа определяется следующим выражением

В качестве примера рассмотрим ниже следующую схему, содержащую некоторый контур


Схема, иллюстрирующая второй закон Кирхгофа.

Для начала необходимо определится с направлением обхода контура. В принципе можно выбрать как по ходу часовой стрелки, так и против хода часовой стрелки. Я выберу первый вариант, то есть элементы будут считаться в следующем порядке E1R1R2R3E2, таким образом, уравнение по второму закону Кирхгофа будет иметь следующий вид

Второй закон Кирхгофа применяется не только к цепям постоянного тока, но и к цепям переменного тока и к нелинейным цепям.
В следующей статье я рассмотрю основные способы расчёта сложных цепей с использованием закона Ома и законов Кирхгофа.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.

Отдельные проводники электрической цепи могут быть соединены между собой последовательно, параллельно и смешанно. При этом последовательное и параллельное соединение проводников являются основными видами соединений, а смешанное соединение это их совокупность.

Последовательным соединением проводников называется такое соединение, когда конец первого проводника соединен с началом второго, конец второго проводника соединен с началом третьего и так далее (рисунок 1).

Рисунок 1. Схема последовательного соединения проводников

Общее сопротивление цепи, состоящее из нескольких последовательно соединенных проводников, равно сумме сопротивлений отдельных проводников:

r = r 1 + r 2 + r 3 + … + r n .

Ток на отдельных участках последовательной цепи везде одинаков:

I 1 = I 2 = I 3 = I .

Видео 1. Последовательное соединение проводников

Пример 1. На рисунке 2 представлена электрическая цепь, состоящая из трех последовательно включенных сопротивлений r 1 = 2 Ом, r 2 = 3 Ом, r 3 = 5 Ом. Требуется определить показания вольтметров V 1 , V 2 , V 3 и V 4 , если ток в цепи равен 4 А.

Сопротивление всей цепи

r = r 1 + r 2 + r 3 = 2 + 3 + 5 =10 Ом.

Рисунок 2. Схема измерения напряжений на отдельных участках электрической цепи

В сопротивлении r 1 при протекании тока будет падение напряжения:

U 1 = I × r 1 = 4 × 2 = 8 В.

Вольтметр V 1 , включенный между точками а и б , покажет 8 В.

В сопротивлении r 2 также происходит падение напряжения:

U 2 = I × r 2 = 4 × 3 = 12 В.

Вольтметр V 2 , включенный между точками в и г , покажет 12 В.

Падение напряжения в сопротивлении r 3:

U 3 = I × r 3 = 4 × 5 = 20 В.

Вольтметр V 3 , включенный между точками д и е , покажет 20 В.

Если вольтметр присоединить одним концом к точке а , другим концом к точке г , то он покажет разность потенциалов между этими точками, равную сумме падений напряжения в сопротивлениях r 1 и r 2 (8 + 12 = 20 В).

Таким образом, вольтметр V , измеряющий напряжение на зажимах цепи и включенный между точками а и е , покажет разность потенциалов между этими точками или сумму падений напряжения в сопротивлениях r 1 , r 2 и r 3 .

Отсюда видно, что сумма падений напряжения на отдельных участках электрической цепи равна напряжению на зажимах цепи.

Так как при последовательном соединении ток цепи на всех участках одинаков, то падение напряжения пропорционально сопротивлению данного участка.

Пример 2. Три сопротивления 10, 15 и 20 Ом соединены последовательно, как показано на рисунке 3. Ток в цепи 5 А. Определить падение напряжения на каждом сопротивлении.

U 1 = I × r 1 = 5 ×10 = 50 В,
U 2 = I × r 2 = 5 ×15 = 75 В,
U 3 = I × r 3 = 5 ×20 = 100 В.

Рисунок 3. К примеру 2

Общее напряжение цепи равно сумме падений напряжений на отдельных участках цепи:

U = U 1 + U 2 + U 3 = 50 + 75 + 100 = 225 В.

Параллельное соединение проводников

Параллельным соединением проводников называется такое соединение, когда начала всех проводников соединены в одну точку, а концы проводников – в другую точку (рисунок 4). Начало цепи присоединяется к одному полюсу источника напряжения, а конец цепи – к другому полюсу.

Из рисунка видно, что при параллельном соединении проводников для прохождения тока имеется несколько путей. Ток, протекая к точке разветвления А , растекается далее по трем сопротивлениям и равен сумме токов, уходящих от этой точки:

I = I 1 + I 2 + I 3 .

Если токи, приходящие к точке разветвления, считать положительными, а уходящие – отрицательными, то для точки разветвления можно написать:

то есть алгебраическая сумма токов для любой узловой точки цепи всегда равна нулю. Это соотношение, связывающее токи в любой точке разветвления цепи, называется первым законом Кирхгофа . Определение первого закона Кирхгофа может звучать и в другой формулировке, а именно: сумма токов втекающих в узел электрической цепи равна сумме токов вытекающих из этого узла.

Видео 2. Первый закон Кирхгофа

Обычно при расчете электрических цепей направление токов в ветвях, присоединенных к какой либо точке разветвления, неизвестны. Поэтому для возможности самой записи уравнения первого закона Кирхгофа нужно перед началом расчета цепи произвольно выбрать так называемые положительные направления токов во всех ее ветвях и обозначить их стрелками на схеме.

Пользуясь законом Ома, можно вывести формулу для подсчета общего сопротивления при параллельном соединении потребителей.

Общий ток, приходящий к точке А , равен:

Токи в каждой из ветвей имеют значения:

По формуле первого закона Кирхгофа

I = I 1 + I 2 + I 3

Вынося U в правой части равенства за скобки, получим:

Сокращая обе части равенства на U , получим формулу подсчета общей проводимости:

g = g 1 + g 2 + g 3 .

Таким образом, при параллельном соединении увеличивается не сопротивление, а проводимость .

Пример 3. Определить общее сопротивление трех параллельно включенных сопротивлений, если r 1 = 2 Ом, r 2 = 3 Ом, r 3 = 4 Ом.

Пример 4. Пять сопротивлений 20, 30 ,15, 40 и 60 Ом включены параллельно в сеть. Определить общее сопротивление:

Следует заметить, что при подсчете общего сопротивления разветвления оно получается всегда меньше, чем самое меньшее сопротивление, входящее в разветвление.

Если сопротивления, включенные параллельно, равны между собой, то общее сопротивление r цепи равно сопротивлению одной ветви r 1 , деленному на число ветвей n :

Пример 5. Определить общее сопротивление четырех параллельно включенных сопротивлений по 20 Ом каждое:

Для проверки попробуем найти сопротивление разветвления по формуле:

Как видим, ответ получается тот же.

Пример 6. Пусть требуется определить токи в каждой ветви при параллельном их соединении, изображенном на рисунке 5, а .

Найдем общее сопротивление цепи:

Теперь все разветвления мы можем изобразить упрощенно как одно сопротивление (рисунок 5, б ).

Падение напряжения на участке между точками А и Б будет:

U = I × r = 22 × 1,09 = 24 В.

Возвращаясь снова к рисунку 5, а видим, что все три сопротивления окажутся под напряжением 24 В, так как они включены между точками А и Б .

Рассматривая первую ветвь разветвления с сопротивлением r 1 , мы видим, что напряжение на этом участке 24 В, сопротивление участка 2 Ом. По закону Ома для участка цепи ток на этом участке будет:

Ток второй ветви

Ток третьей ветви

Проверим по первому закону Кирхгофа

При решении задач принято преобразовывать схему, так, чтобы она была как можно проще. Для этого применяют эквивалентные преобразования. Эквивалентными называют такие преобразования части схемы электрической цепи, при которых токи и напряжения в не преобразованной её части остаются неизменными.

Существует четыре основных вида соединения проводников: последовательное, параллельное, смешанное и мостовое.

Последовательное соединение

Последовательное соединение – это такое соединение, при котором сила тока на всем участке цепи одинакова. Ярким примером последовательного соединения является старая елочная гирлянда. Там лампочки подключены последовательно, друг за другом. Теперь представьте, одна лампочка перегорает, цепь нарушена и остальные лампочки гаснут. Выход из строя одного элемента, ведет за собой отключение всех остальных, это является существенным недостатком последовательного соединения.

При последовательном соединении сопротивления элементов суммируются.

Параллельное соединение

Параллельное соединение – это соединение, при котором напряжение на концах участка цепи одинаково. Параллельное соединение наиболее распространено, в основном потому, что все элементы находятся под одним напряжением, сила тока распределена по-разному и при выходе одного из элементов все остальные продолжают свою работу.

При параллельном соединении эквивалентное сопротивление находится как:

В случае двух параллельно соединенных резисторов

В случае трех параллельно подключенных резисторов:

Смешанное соединение

Смешанное соединение – соединение, которое является совокупностью последовательных и параллельных соединений. Для нахождения эквивалентного сопротивления нужно, “свернуть” схему поочередным преобразованием параллельных и последовательных участков цепи.


Сначала найдем эквивалентное сопротивление для параллельного участка цепи, а затем прибавим к нему оставшееся сопротивление R 3 . Следует понимать, что после преобразования эквивалентное сопротивление R 1 R 2 и резистор R 3 , соединены последовательно.

Итак, остается самое интересное и самое сложное соединение проводников.

Мостовая схема

Мостовая схема соединения представлена на рисунке ниже.



Для того чтобы свернуть мостовую схему, один из треугольников моста, заменяют эквивалентной звездой.

И находят сопротивления R 1 , R 2 и R 3 .

Последовательное и параллельное соединение — это… Что такое Последовательное и параллельное соединение?

Последовательное и параллельное соединение

Последовательное соединение проводников.

Параллельное соединение проводников.

Последовательное и параллельное соединение в электротехнике — два основных способа соединения элементов электрической цепи. При последовательном соединении все элементы связаны друг с другом так, что включающий их участок цепи не имеет ни одного узла. При параллельном соединении все, входящие в цепь, элементы объединены двумя узлами и не имеют связей с другими узлами. При последовательном соединении проводников сила тока во всех проводниках одинакова.

При параллельном соединении падение напряжения между двумя узлами, объединяющими элементы цепи, одинаково для всех элементов. При этом величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.

Последовательное соединение

При последовательном соединении проводников сила тока в любых частях цепи одна и та же: I = I1 = I2

Полное напряжение в цепи при последовательном соединении, или напряжение на полюсах источника тока, равно сумме напряжений на отдельных участках цепи: U = U1 + U2

Резисторы

Катушка индуктивности

Электрический конденсатор

.

Мемристоры

Параллельное соединение

Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов в отдельных параллельно соединенных проводниках: I = I1 + I2

Напряжение на участках цепи АВ и на концах всех параллельно соединенных проводников одно и то же: U = U1 = U2

Резисторы

.

Катушка индуктивности

.

Электрический конденсатор

.

Мемристоры

См. также


Wikimedia Foundation. 2010.

  • Последовательное деление
  • Последняя фантазия

Смотреть что такое «Последовательное и параллельное соединение» в других словарях:

  • Последовательное и параллельное соединение проводников — Последовательное соединение проводников …   Википедия

  • Параллельное соединение — Последовательное соединение проводников. Параллельное соединение проводников. Последовательное и параллельное соединение в электротехнике  два основных способа соединения элементов электрической цепи. При последовательном соединении все элементы… …   Википедия

  • Параллельное соединение (информатика) — В области телекоммуникаций и информатике параллельным соединением называют метод передачи нескольких сигналов с данными одновременно по нескольким параллельным каналам. Это принципиально отличается от последовательного соединения; это различие… …   Википедия

  • Последовательное соединение — проводников. Параллельное соединение проводников. Последовательное и параллельное соединение в электротехнике  два основных способа соединения элементов электрической цепи. При последовательном соединении все элементы связаны друг с другом так,… …   Википедия

  • Последовательное соединение (информатика) — В области телекоммуникаций и информатике под термином последовательное соединение понимают процесс пересылки данных по одному биту за раз (последовательно) по каналу связи или компьютерной шине. Это противопоставляется параллельному соединению, в …   Википедия

  • СОЕДИНЕНИЕ — (1) деталей, изделий, конструкций способы механического скрепления или сочленения составных частей для образования из них машин, агрегатов, механизмов, приборов, а также сборных элементов в строительных конструкциях с целью выполнения ими… …   Большая политехническая энциклопедия

  • Стабилитрон — У этого термина существуют и другие значения, см. Стабилитрон (значения) …   Википедия

  • Электрическая цепь — У этого термина существуют и другие значения, см. Цепь (значения). Рисунок 1  Условное обозначение электрической цепи Электрическая цепь   совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания …   Википедия

  • Электрические цепи — Электрической цепью называют совокупность соединенных друг с другом источников электрической энергии и нагрузок, по которым может протекать электрический ток. Изображение электрической цепи с помощью условных знаков называют электрической схемой… …   Википедия

  • Реостатно-контакторная система управления — (сокр. РКСУ) комплекс электромеханического оборудования, предназначенного для регулирования тока в обмотках тяговых электродвигателей (ТЭД) подвижного состава метрополитена, трамвая, троллейбуса и железных дорог. Содержание 1 Принцип действия …   Википедия


Как различать последовательное и параллельное соединение. Соединение резисторов параллельно и последовательно

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

Определения

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

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

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

Использование параллельного и последовательного соединения проводников

Термины, применяемые к электрическим цепям

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

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

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

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

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

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

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

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

Законы Ома и Кирхгофа применительно к последовательному и параллельному соединению проводников

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

Посчитать сопротивления элементов при последовательном и параллельном соединении

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

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

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

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

Пример решения уравнений Кирхгофа

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

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

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

Если нам надо, чтобы электроприбор работал, мы должны подключить его к . При этом ток должен проходить через прибор и возвращаться вновь к источнику, то есть цепь должна быть замкнутой.

Но подключение каждого прибора к отдельному источнику осуществимо, в основном, в лабораторных условиях. В жизни же приходится иметь дело с ограниченным количеством источников и довольно большим количеством потребителей тока. Поэтому создают системы соединений, позволяющие нагрузить один источник большим количеством потребителей. Системы при этом могут быть сколь угодно сложными и разветвленными, но в их основе лежит всего два вида соединения: последовательное и параллельное соединение проводников. Каждый вид имеет свои особенности, плюсы и минусы. Рассмотрим их оба.

Последовательное соединение проводников

Последовательное соединение проводников – это включение в электрическую цепь нескольких приборов последовательно, друг за другом. Электроприборы в данном случае можно сравнить с людьми в хороводе, а их руки, держащие друг друга – это провода, соединяющие приборы. Источник тока в данном случае будет одним из участников хоровода.

Напряжение всей цепи при последовательном соединении будет равно сумме напряжений на каждом включенном в цепь элементе. Сила тока в цепи будет одинакова в любой точке. А сумма сопротивлений всех элементов составит общее сопротивление всей цепи. Поэтому последовательное сопротивление можно выразить на бумаге следующим образом:

I=I_1=I_2=⋯=I_n ; U=U_1+U_2+⋯+U_n ; R=R_1+R_2+⋯+R_n ,

Плюсом последовательного соединения является простота сборки, а минусом – то, что если один элемент выйдет из строя, то ток пропадет во всей цепи. В такой ситуации неработающий элемент будет подобен ключу в выключенном положении. Пример из жизни неудобства такого соединения наверняка припомнят все люди постарше, которые украшали елки гирляндами из лампочек.

Если в такой гирлянде выходила из строя хотя бы одна лампочка, приходилось перебирать их все, пока не найдешь ту самую, перегоревшую. В современных гирляндах эта проблема решена. В них используют специальные диодные лампочки, в которых при перегорании сплавляются вместе контакты, и ток продолжает беспрепятственно проходить дальше.

Параллельное соединение проводников

При параллельном соединении проводников все элементы цепи подключаются к одной и той же паре точек, можно назвать их А и В. К этой же паре точек подключают источник тока. То есть получается, что все элементы подключены к одинаковому напряжению между А и В. В то же время ток как бы разделяется на все нагрузки в зависимости от сопротивления каждой из них.

Параллельное соединение можно сравнить с течением реки, на пути которой возникла небольшая возвышенность. Вода в таком случае огибает возвышенность с двух сторон, а потом вновь сливается в один поток. Получается островок посреди реки. Так вот параллельное соединение – это два отдельных русла вокруг острова. А точки А и В – это места, где разъединяется и вновь соединяется общее русло реки.

Напряжение тока в каждой отдельной ветви будет равно общему напряжению в цепи. Общий ток цепи будет складываться из токов всех отдельных ветвей. А вот общее сопротивление цепи при параллельном соединении будет меньше сопротивления тока на каждой из ветвей. Это происходит потому, что общее сечение проводника между точками А и В как бы увеличивается за счет увеличения числа параллельно подключенных нагрузок. Поэтому общее сопротивление уменьшается. Параллельное соединение описывается следующими соотношениями:

U=U_1=U_2=⋯=U_n ; I=I_1+I_2+⋯+I_n ; 1/R=1/R_1 +1/R_2 +⋯+1/R_n ,

где I — сила тока, U- напряжение, R – сопротивление, 1,2,…,n – номера элементов, включенных в цепь.

Огромным плюсом параллельного соединения является то, что при выключении одного из элементов, цепь продолжает функционировать дальше. Все остальные элементы продолжают работать. Минусом является то, что все приборы должны быть рассчитаны на одно и то же напряжение. Именно параллельным образом устанавливают розетки сети 220 В в квартирах. Такое подключение позволяет включать различные приборы в сеть совершенно независимо друг от друга, и при выходе их строя одного из них, это не влияет на работу остальных.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Расчёт сопротивления проводников и реостаты: формулы
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspРабота и мощность тока

Ток в электроцепи проходит по проводникам от источника напряжения к нагрузке, то есть к лампам, приборам. В большинстве случаев в качестве проводника используются медные провода. В цепи может быть предусмотрено несколько элементов с разными сопротивлениями. В схеме приборов проводники могут быть соединены параллельно или последовательно, также могут быть смешанные типы.

Элемент схемы с сопротивлением называется резистором, напряжение данного элемента является разницей потенциалов между концами резистора. Параллельное и последовательное электрическое соединение проводников характеризуется единым принципом функционирования, согласно которому ток протекает от плюса к минусу, соответственно потенциал уменьшается. На электросхемах сопротивление проводки берется за 0, поскольку оно ничтожно низкое.

Параллельное соединение предполагает, что элементы цепы подсоединены к источнику параллельно и включаются одновременно. Последовательное соединение означает, что проводники сопротивления подключаются в строгой последовательности друг за другом.

При просчете используется метод идеализации, что существенно упрощает понимание. Фактически в электрических цепях потенциал постепенно снижается в процессе перемещения по проводке и элементам, которые входят в параллельное или последовательное соединение.

Последовательное соединение проводников

Схема последовательного соединения подразумевает, что они включаются в определенной последовательности один за другим. Причем сила тока во всех из них равна. Данные элементы создают на участке суммарное напряжение. Заряды не накапливаются в узлах электроцепи, поскольку в противном случае наблюдалось бы изменение напряжения и силы тока. При постоянном напряжении ток определяется значением сопротивления цепи, поэтому при последовательной схеме сопротивление меняется в случае изменения одной нагрузки.

Недостатком такой схемы является тот факт, что в случае выхода из строя одного элемента остальные также утрачивают возможность функционировать, поскольку цепь разрывается. Примером может служить гирлянда, которая не работает в случае перегорания одной лампочки. Это является ключевым отличием от параллельного соединения, в котором элементы могут функционировать по отдельности.

Последовательная схема предполагает, что по причине одноуровневого подключения проводников их сопротивление в любой точки сети равно. Общее сопротивление равняется сумме уменьшения напряжений отдельных элементов сети.

При данном типе соединения начало одного проводника подсоединяется к концу другого. Ключевая особенность соединения состоит в том, что все проводники находятся на одном проводе без разветвлений, и через каждый из них протекает один электроток. Однако общее напряжение равно сумме напряжений на каждом. Также можно рассмотреть соединение с другой точки зрения – все проводники заменяются одним эквивалентным резистором, и ток на нем совпадает с общим током, который проходит через все резисторы. Эквивалентное совокупное напряжение является суммой значений напряжения по каждому резистору. Так проявляется разность потенциалов на резисторе.

Использование последовательного подключения целесообразно, когда требуется специально включать и выключать определенное устройство. К примеру, электрозвонок может звенеть только в момент, когда присутствует соединение с источником напряжения и кнопкой. Первое правило гласит, что если тока нет хотя бы на одном из элементов цепи, то и на остальных его не будет. Соответственно при наличии тока в одном проводнике он есть и в остальных. Другим примером может служить фонарик на батарейках, который светит только при наличии батарейки, исправной лампочки и нажатой кнопки.

В некоторых случаях последовательная схема нецелесообразна. В квартире, где система освещения состоит из множества светильников, бра, люстр, не стоит организовывать схему такого типа, поскольку нет необходимости включать и выключать освещение во всех комнатах одновременно. С этой целью лучше использовать параллельное соединение, чтобы иметь возможность включения света в отдельно взятых комнатах.

Параллельное соединение проводников

В параллельной схеме проводники представляют собой набор резисторов, одни концы которых собираются в один узел, а другие – во второй узел. Предполагается, что напряжение в параллельном типе соединения одинаковое на всех участках цепи. Параллельные участки электроцепи носят название ветвей и проходят между двумя соединительными узлами, на них имеется одинаковое напряжение. Такое напряжение равно значению на каждом проводнике. Сумма показателей, обратных сопротивлениям ветвей, является обратной и по отношению к сопротивлению отдельного участка цепи параллельной схемы.

При параллельном и последовательном соединениях отличается система расчета сопротивлений отдельных проводников. В случае параллельной схемы ток уходит по ветвям, что способствует повышению проводимости цепи и уменьшает совокупное сопротивление. При параллельном подключении нескольких резисторов с аналогичными значениями совокупное сопротивление такой электроцепи будет меньше одного резистора число раз, равное числу .

В каждой ветви предусмотрено по одному резистору, и электроток при достижении точки разветвления делится и расходится к каждому резистору, его итоговое значение равно сумме токов на всех сопротивлениях. Все резисторы заменяются одним эквивалентным резистором. Применяя закон Ома, становится понятным значение сопротивления – при параллельной схеме суммируются значения, обратные сопротивлениям на резисторах.

При данной схеме значение тока обратно пропорционально значению сопротивления. Токи в резисторах не взаимосвязаны, поэтому при отключении одного из них это никоим образом не отразится на остальных. По этой причине такая схема используется во множестве устройств.

Рассматривая возможности применения параллельной схемы в быту, целесообразно отметить систему освещения квартиры. Все лампы и люстры должны быть соединены параллельно, в таком случае включение и отключение одного из них никак не влияет на работу остальных ламп. Таким образом, добавляя выключатель каждой лампочки в ветвь цепи, можно включать и отключать соответствующий светильник по необходимости. Все остальные лампы работают независимо.

Все электроприборы объединяются параллельно в электросеть с напряжением 220 В, затем они подключаются к . То есть все приборы подключаются независимо от подключения прочих устройств.

Законы последовательного и параллельного соединения проводников

Для детального понимания на практике обоих типов соединений, приведем формулы, объясняющие законы данных типов соединений. Расчет мощности при параллельном и последовательном типе соединения отличается.

При последовательной схеме имеется одинаковая сила тока во всех проводниках:

Согласно закону Ома, данные типы соединений проводников в разных случаях объясняются иначе. Так, в случае последовательной схемы, напряжения равны друг другу:

U1 = IR1, U2 = IR2.

Помимо этого, общее напряжение равно сумме напряжений отдельно взятых проводников:

U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR.

Полное сопротивление электроцепи рассчитывается как сумма активных сопротивлений всех проводников, вне зависимости от их числа.

В случае параллельной схемы совокупное напряжение цепи аналогично напряжению отдельных элементов:

А совокупная сила электротока рассчитывается как сумма токов, которые имеются по всем проводникам, расположенным параллельно:

Чтобы обеспечить максимальную эффективность электрических сетей, необходимо понимать суть обоих типов соединений и применять их целесообразно, используя законы и рассчитывая рациональность практической реализации.

Смешанное соединение проводников

Последовательная и параллельная схема соединения сопротивления могут сочетаться в одной электросхеме при необходимости. К примеру, допускается подключение параллельных резисторов по последовательной или их группе, такое тип считается комбинированным или смешанным.

В таком случае совокупное сопротивление рассчитывается посредством получения сумм значений для параллельного соединения в системе и для последовательного. Сначала необходимо рассчитывать эквивалентные сопротивления резисторов в последовательной схеме, а затем элементов параллельного. Последовательное соединение считается приоритетным, причем схемы такого комбинированного типа часто используются в бытовой технике и приборах.

Итак, рассматривая типы подключений проводников в электроцепях и основываясь на законах их функционирования, можно полностью понять суть организации схем большинства бытовых электроприборов. При параллельном и последовательном соединениях расчет показателей сопротивления и силы тока отличается. Зная принципы расчета и формулы, можно грамотно использовать каждый тип организации цепей для подключения элементов оптимальным способом и с максимальной эффективностью.

Последовательным называют такое соединение элементов цепи, при котором во всех включенных в цепь элементах возникает один и тот же ток I (рис. 1.4).

На основании второго закона Кирхгофа (1.5) общее напряжение U всей цепи равно сумме напряжений на отдельных участках:

U = U 1 + U 2 + U 3 или IR экв = IR 1 + IR 2 + IR 3 ,

откуда следует

R экв = R 1 + R 2 + R 3 .

Таким образом, при последовательном соединении элементов цепи общее эквивалентное сопротивление цепи равно арифметической сумме сопротивлений отдельных участков. Следовательно, цепь с любым числом последовательно включенных сопротивлений можно заменить простой цепью с одним эквивалентным сопротивлением R экв (рис. 1.5). После этого расчет цепи сводится к определению тока I всей цепи по закону Ома

и по вышеприведенным формулам рассчитывают падение напряжений U 1 , U 2 , U 3 на соответствующих участках электрической цепи (рис. 1.4).

Недостаток последовательного включения элементов заключается в том, что при выходе из строя хотя бы одного элемента, прекращается работа всех остальных элементов цепи.

Электрическая цепь с параллельным соединением элементов

Параллельным называют такое соединение, при котором все включенные в цепь потребители электрической энергии, находятся под одним и тем же напряжением (рис. 1.6).

В этом случае они присоединены к двум узлам цепи а и b, и на основании первого закона Кирхгофа можно записать, что общий ток I всей цепи равен алгебраической сумме токов отдельных ветвей:

I = I 1 + I 2 + I 3 , т.е.

откуда следует, что

.

В том случае, когда параллельно включены два сопротивления R 1 и R 2 , они заменяются одним эквивалентным сопротивлением

.

Из соотношения (1.6), следует, что эквивалентная проводимость цепи равна арифметической сумме проводимостей отдельных ветвей:

g экв = g 1 + g 2 + g 3 .

По мере роста числа параллельно включенных потребителей проводимость цепи g экв возрастает, и наоборот, общее сопротивление R экв уменьшается.

Напряжения в электрической цепи с параллельно соединенными сопротивлениями (рис. 1.6)

U = IR экв = I 1 R 1 = I 2 R 2 = I 3 R 3 .

Отсюда следует, что

т.е. ток в цепи распределяется между параллельными ветвями обратно пропорционально их сопротивлениям.

По параллельно включенной схеме работают в номинальном режиме потребители любой мощности, рассчитанные на одно и то же напряжение. Причем включение или отключение одного или нескольких потребителей не отражается на работе остальных. Поэтому эта схема является основной схемой подключения потребителей к источнику электрической энергии.

Электрическая цепь со смешанным соединением элементов

Смешанным называется такое соединение, при котором в цепи имеются группы параллельно и последовательно включенных сопротивлений.

Для цепи, представленной на рис. 1.7, расчет эквивалентного сопротивления начинается с конца схемы. Для упрощения расчетов примем, что все сопротивления в этой схеме являются одинаковыми: R 1 =R 2 =R 3 =R 4 =R 5 =R. Сопротивления R 4 и R 5 включены параллельно, тогда сопротивление участка цепи cd равно:

.

В этом случае исходную схему (рис. 1.7) можно представить в следующем виде (рис. 1.8):

На схеме (рис. 1.8) сопротивление R 3 и R cd соединены последовательно, и тогда сопротивление участка цепи ad равно:

.

Тогда схему (рис. 1.8) можно представить в сокращенном варианте (рис. 1.9):

На схеме (рис. 1.9) сопротивление R 2 и R ad соединены параллельно, тогда сопротивление участка цепи аb равно

.

Схему (рис. 1.9) можно представить в упрощенном варианте (рис. 1.10), где сопротивления R 1 и R ab включены последовательно.

Тогда эквивалентное сопротивление исходной схемы (рис. 1.7) будет равно:

Рис. 1.10

Рис. 1.11

В результате преобразований исходная схема (рис. 1.7) представлена в виде схемы (рис. 1.11) с одним сопротивлением R экв. Расчет токов и напряжений для всех элементов схемы можно произвести по законам Ома и Кирхгофа.

ЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ ОДНОФАЗНОГО СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА.

Получение синусоидальной ЭДС. . Основные характеристики синусоидального тока

Основным преимуществом синусоидальных токов является то, что они позволяют наиболее экономично осуществлять производство, передачу, распределение и использование электрической энергии. Целесообразность их использования обусловлена тем, что коэффициент полезного действия генераторов, электрических двигателей, трансформаторов и линий электропередач в этом случае оказывается наивысшим.

Для получения в линейных цепях синусоидально изменяющихся токов необходимо, чтобы э. д. с. также изменялись по синусоидальному закону. Рассмотрим процесс возникновения синусоидальной ЭДС. Простейшим генератором синусоидальной ЭДС может служить прямоугольная катушка (рамка), равномерно вращающаяся в однородном магнитном поле с угловой скоростью ω (рис. 2.1, б ).

Пронизывающий катушку магнитный поток во время вращения катушки abcd наводит (индуцирует) в ней на основании закона электромагнитной индукции ЭДС е . Нагрузку подключают к генератору с помощью щеток 1 , прижимающихся к двум контактным кольцам 2 , которые, в свою очередь, соединены с катушкой. Значение наведенной в катушке abcd э. д. с. в каждый момент времени пропорционально магнитной индукции В , размеру активной части катушки l = ab + dc и нормальной составляющей скорости перемещения ее относительно поля v н :

e = Blv н (2.1)

где В и l — постоянные величины, a v н — переменная, зависящая от угла α. Выразив скорость v н через линейную скорость катушки v , получим

e = Blv·sinα (2.2)

В выражении (2.2) произведение Blv = const. Следовательно, э. д. с., индуцируемая в катушке, вращающейся в магнитном поле, является синусоидальной функцией угла α .

Если угол α = π/2 , то произведение Blv в формуле (2.2) есть максимальное (амплитудное) значение наведенной э. д. с. E m = Blv . Поэтому выражение (2.2) можно записать в виде

e = E m sinα (2.3)

Так как α есть угол поворота за время t , то, выразив его через угловую скорость ω , можно записать α = ωt , a формулу (2.3) переписать в виде

e = E m sinωt (2.4)

где е — мгновенное значение э. д. с. в катушке; α = ωt — фаза, характеризующая значение э. д. с. в данный момент времени.

Необходимо отметить, что мгновенную э. д. с. в течение бесконечно малого промежутка времени можно считать величиной постоянной, поэтому для мгновенных значений э. д. с. е , напряжений и и токов i справедливы законы постоянного тока.

Синусоидальные величины можно графически изображать синусоидами и вращающимися векторами. При изображении их синусоидами на ординате в определенном масштабе откладывают мгновенные значения величин, на абсциссе — время. Если синусоидальную величину изображают вращающимися векторами, то длина вектора в масштабе отражает амплитуду синусоиды, угол, образованный с положительным направлением оси абсцисс, в начальный момент времени равен начальной фазе, а скорость вращения вектора равна угловой частоте. Мгновенные значения синусоидальных величин есть проекции вращающегося вектора на ось ординат. Необходимо отметить, что за положительное направление вращения радиус-вектора принято считать направление вращения против часовой стрелки. На рис. 2.2 построены графики мгновенных значений э. д. с. е и е» .

Если число пар полюсов магнитов p ≠ 1 , то за один оборот катушки (см. рис. 2.1) происходит p полных циклов изменения э. д. с. Если угловая частота катушки (ротора) n оборотов в минуту, то период уменьшится в pn раз. Тогда частота э. д. с., т. е. число периодов в секунду,

f = Pn / 60

Из рис. 2.2 видно, что ωТ = 2π , откуда

ω = 2π / T = 2πf (2.5)

Величину ω , пропорциональную частоте f и равную угловой скорости вращения радиус-вектора, называют угловой частотой. Угловую частоту выражают в радианах в секунду (рад/с) или в 1 / с.

Графически изображенные на рис. 2.2 э. д. с. е и е» можно описать выражениями

e = E m sinωt; e» = E» m sin(ωt + ψ ) .

Здесь ωt и ωt + ψ — фазы, характеризующие значения э. д. с. e и в заданный момент времени; ψ — начальная фаза, определяющая значение э. д. с. е» при t = 0. Для э. д. с. е начальная фаза равна нулю (ψ e = 0 ). Угол ψ всегда отсчитывают от нулевого значения синусоидальной величины при переходе ее от отрицательных значений к положительным до начала координат (t = 0). При этом положительную начальную фазу ψ (рис. 2.2) откладывают влево от начала координат (в сторону отрицательных значений ωt ), а отрицательную фазу — вправо.

Если у двух или нескольких синусоидальных величин, изменяющихся с одинаковой частотой, начала синусоид не совпадают по времени, то они сдвинуты друг относительно друга по фазе, т. е. не совпадают по фазе.

Разность углов φ , равная разности начальных фаз, называют углом сдвига фаз. Сдвиг фаз между одноименными синусоидальными величинами, например между двумя э. д. с. или двумя токами, обозначают α . Угол сдвига фаз между синусоидами тока и напряжения или их максимальными векторами обозначают буквой φ (рис. 2.3).

Когда для синусоидальных величин разность фаз равна ±π , то они противоположны по фазе, если же разность фаз равна ±π/2 , то говорят, что они находятся в квадратуре. Если для синусоидальных величин одной частоты начальные фазы одинаковы, то это означает, что они совпадают по фазе.

Синусоидальные напряжение и ток, графики которых представлены на рис. 2.3, описываются следующим образом:

u = U m sin(ω t + ψ u ) ; i = I m sin(ω t + ψ i ) , (2.6)

причем угол сдвига фаз между током и напряжением (см. рис. 2.3) в этом случае φ = ψ u — ψ i .

Уравнения (2.6) можно записать иначе:

u = U m sin(ωt + ψ i + φ) ; i = I m sin(ωt + ψ u — φ) ,

поскольку ψ u = ψ i + φ и ψ i = ψ u — φ .

Из этих выражений следует, что напряжение опережает по фазе ток на угол φ (или ток отстает по фазе от напряжения на угол φ ).

Формы представления синусоидальных электрических величин.

Любая, синусоидально изменяющаяся, электрическая величина (ток, напряжение, ЭДС) может быть представлена в аналитическом, графическом и комплексном видах.

1). Аналитическая форма представления

I = I m ·sin(ω·t + ψ i ), u = U m ·sin(ω·t + ψ u ), e = E m ·sin(ω·t + ψ e ),

где I , u , e – мгновенное значение синусоидального тока, напряжения, ЭДС, т. е. Значения в рассматриваемый момент времени;

I m , U m , E m – амплитуды синусоидального тока, напряжения, ЭДС;

(ω·t + ψ ) – фазовый угол, фаза; ω = 2·π/Т – угловая частота, характеризующая скорость изменения фазы;

ψ i , ψ u , ψ e – начальные фазы тока, напряжения, ЭДС отсчитываются от точки перехода синусоидальной функции через нуль к положительному значению до начала отсчета времени (t = 0). Начальная фаза может иметь как положительное так и отрицательное значение.

Графики мгновенных значений тока и напряжения показаны на рис. 2.3

Начальная фаза напряжения сдвинута влево от начала отсчёта и является положительной ψ u > 0, начальная фаза тока сдвинута вправо от начала отсчёта и является отрицательной ψ i φ . Сдвиг фаз между напряжением и током

φ = ψ u – ψ i = ψ u – (- ψ i) = ψ u + ψ i .

Применение аналитической формы для расчёта цепей является громоздкой и неудобной.

На практике приходится иметь дело не с мгновенными значениями синусоидальных величин, а с действующими. Все расчёты проводят для действующих значений, в паспортных данных различных электротехнических устройств указаны действующие значения (тока, напряжения), большинство электроизмерительных приборов показывают действующие значения. Действующий ток является эквивалентом постоянного тока, который за одно и то же время выделяет в резисторе такое же количество тепла, как и переменный ток. Действующее значение связано с амплитудным простым соотношением

2). Векторная форма представления синусоидальной электрической величины – это вращающийся в декартовой системе координат вектор с началом в точке 0, длина которого равна амплитуде синусоидальной величины, угол относительно оси х – её начальной фазе, а частота вращения – ω = 2πf . Проекция данного вектора на ось у в любой момент времени определяет мгновенное значение рассматриваемой величины.

Рис. 2.4

Совокупность векторов, изображающих синусоидальные функции, называют векторной диаграммой, рис. 2.4

3). Комплексное представление синусоидальных электрических величин сочетает наглядность векторных диаграмм с проведением точных аналитических расчётов цепей.

Рис. 2.5

Ток и напряжение изобразим в виде векторов на комплексной плоскости, рис.2.5 Ось абсцисс называют осью действительных чисел и обозначают +1 , ось ординат называют осью мнимых чисел и обозначают +j . (В некоторых учебниках ось действительных чисел обозначают Re , а ось мнимых – Im ). Рассмотрим векторы U и I в момент времени t = 0. Каждому из этих векторов соответствует комплексное число, которое может быть представлено в трех формах:

а). Алгебраической

U = U ’+ jU «

I = I ’ – jI «,

где U «, U «, I «, I » – проекции векторов на оси действительных и мнимых чисел.

б). Показательной

где U , I – модули (длины) векторов; е – основание натурального логарифма; поворотные множители, т. к. умножение на них соответствует повороту векторов относительно положительного направления действительной оси на угол, равный начальной фазе.

в). Тригонометрической

U = U ·(cosψ u + j sinψ u)

I = I ·(cosψ i – j sinψ i).

При решении задач в основном применяют алгебраическую форму (для операций сложения и вычитания) и показательную форму (для операций умножения и деления). Связь между ними устанавливается формулой Эйлера

е j ·ψ = cosψ + j sinψ .

Неразветвлённые электрические цепи

Нужно вычислить сопротивление последовательной, параллельной или комбинированной цепей? Нужно, если вы не хотите сжечь плату! Эта статья расскажет вам, как это сделать. Перед чтением, пожалуйста, уясните, что у резисторов нет «начала» и нет «конца». Эти слова вводятся для облегчения понимания изложенного материала.

Шаги

Сопротивление последовательной цепи

Сопротивление параллельной цепи

Сопротивление комбинированной цепи

Некоторые факты

  1. Каждый электропроводный материал имеет некоторое сопротивление, являющееся сопротивляемостью материала электрическому току.
  2. Сопротивление измеряется в Омах. Символ единицы измерения Ом — Ω.
  3. Разные материалы имеют разные значения сопротивления.
    • Например, сопротивление меди 0.0000017 Ом/см 3
    • Сопротивление керамики около 10 14 Ом/см 3
  4. Чем больше значение сопротивления, тем выше сопротивляемость электрическому току. Медь, которая часто используется в электрических проводах, имеет очень малое сопротивление. С другой стороны, сопротивление керамики очень велико, что делает ее прекрасным изолятором.
  5. Работа всей цепи зависит от того, какой тип соединения вы выберете для подключения резисторов в этой цепи.
  6. U=IR. Это закон Ома, установленный Георгом Омом в начале 1800х. Если вам даны любые две из этих переменных, вы легко найдете третью.
    • U=IR: Напряжение (U) есть результат умножения силы тока (I) * на сопротивление (R).
    • I=U/R: Сила тока есть частное от напряжение (U) ÷ сопротивление (R).
    • R=U/I: Сопротивление есть частное от напряжение (U) ÷ сила тока (I).
  • Запомните: при параллельном соединении существует несколько путей прохождения тока по цепи, поэтому в такой цепи общее сопротивление будет меньше сопротивления каждого отдельного резистора. При последовательном соединении ток проходит через каждый резистор в цепи, поэтому сопротивление каждого отдельного резистора добавляется к общему сопротивлению.
  • Общее сопротивление в параллельной цепи всегда меньше сопротивления одного резистора с самым низким сопротивлением в этой цепи. Общее сопротивление в последовательной цепи всегда больше сопротивления одного резистора с самым высоким сопротивлением в этой цепи.

Последовательное соединение — урок. Физика, 8 класс.

При последовательном соединении все потребители подключены друг за другом.


 

 

На рисунке показано последовательное соединение, в которое включены три лампочки и источник тока.

Если такое соединение подключают к источнику тока, тогда через все потребители течёт ток одинаковой силы.

 

I=I1=I2=I3=…


При последовательном соединении электрическое напряжение между полюсами источника тока постепенно распределяется на все последовательно включённые потребители. Напряжение на каждом участке можно рассчитать по закону Ома: \(U = IR\). Напряжение, которое таким образом рассчитано для участка цепи, называют падением напряжения.

 

U=U1+U2+U3+…


Общее сопротивление при последовательном соединении является суммой всех отдельных сопротивлений.

 

R=R1+R2+R3+…

 

Недостаток последовательного соединения такой: если на одном из участков цепи какой-либо из потребителей не работает (например, перегорела одна лампочка), тогда ток не течёт во всей цепи. Примером последовательного соединения является гирлянда новогодних лампочек.
Чем больше проводников включены в цепь последовательного соединения, тем будет больше общее сопротивление цепи и, вместе с тем, — меньше сила протекающего в цепи тока.


Источники тока выгодно связывать последовательным соединением (соединяя противоположные полюса), так как при этом общее напряжение цепи становится больше.

 

Последовательно с потребителем в цепь включают электрический предохранитель. Предохранитель размыкает электрическую цепь, если сила тока превышает допустимое значение.


На рисунке показаны различные предохранители и держатели (гнёзда) предохранителей.

Источники:


http://www.goerudio.com/demo/virknes_slegums
http://andzja.wordpress.com/category/elektriba/
http://www.hjertmans.lv/index.php?show_me=produkti&kategorija=672&nodala_id=5
http://www.ndg.lv/latvian/Macibas/FizInter/b2.2.4.htm

Последовательное соединение проводников | Физика

Электрические цепи, используемые на практике, содержат, как правило, несколько потребителей электроэнергии. Эти потребители могут быть по-разному соединены друг с другом, например последовательно или параллельно.

При последовательном соединении потребителей они включаются в цепь поочередно друг за другом без разветвлений проводов между ними. Именно так соединены резисторы, изображенные на рисунке 41. Форма линий, обозначающих при этом соединительные провода, не играет роли, и потому схема цепи при одном и том же типе соединения может выглядеть по-разному.

Обозначим через I1, U1 и R1 силу тока, напряжение и сопротивление на первом участке цепи (первом резисторе на рисунке 41, а), а через I2, U2 и R2 силу тока, напряжение и сопротивление на втором участке цепи (втором резисторе на рисунке 41, а). Общее сопротивление обоих участков обозначим через R, общее напряжение на них — через U, а общую силу тока, которая совпадает с силой тока внутри источника, — через I. Тогда связь между общими значениями силы тока, напряжения и сопротивления с их значениями на отдельных участках цепи может быть выражена в виде следующих соотношений:

I = I1 = I2, (16.1) U = U1 + U2, (16.2) R = R1 + R2. (16.3)

Чтобы убедиться в справедливости этих соотношений, следует собрать соответствующую цепь и с помощью амперметра и вольтметра произвести необходимые измерения.

Итак, при последовательном соединении проводников сила тока везде одинакова, напряжение в цепи равно сумме напряжений на отдельных участках, а общее сопротивление складывается из сопротивлений отдельных проводников.

Соотношения (16.1)-(16.3) допускают обобщение: все приведенные закономерности справедливы для любого числа последовательно соединенных проводников.

Из равенства (16.3) следует, что общее сопротивление последовательно соединенных проводников всегда превышает сопротивление любого из них. Это и понятно: ведь, соединяя проводники последовательно, мы как бы увеличиваем их общую длину, а с увеличением длины возрастает и сопротивление.

При последовательном соединении n одинаковых элементов (резисторов, ламп и т. д.) их общее сопротивление R превышает сопротивление R1 одного из них в n раз:

R = nR1

Общее напряжение U при этом делится на n равных частей, так что каждый из элементов цепи оказывается под напряжением U1 в n раз меньшим общего значения. Например, при включении в сеть с напряжением U = 220 В десяти последовательно соединенных одинаковых ламп каждая из них оказывается под напряжением U1 = U/10 = 22 В.

Отличительной особенностью последовательного соединения проводников является то, что при отказе в работе хотя бы одного из них ток прекращается сразу во всей цепи. Вывернув, например, одну из ламп, изображенных на рисунке 42, мы увидим, как тут же перестанет гореть и другая (оставшаяся) лампа. Так что, если вы украсите новогоднюю елку гирляндой из последовательно соединенных лампочек и какая-то из них перегорит, то погаснет не только она, но и все остальные тоже. Поэтому, чтобы определить, какая из лампочек перегорела, вам придется проверить всю гирлянду.

1. Какое соединение проводников называют последовательным? 2. Начертите схему цепи, изображенной на рисунке 42. 3. Какие три закономерности справедливы для последовательного соединения проводников? 4. Как находится общее сопротивление последовательно соединенных проводников в случае, когда они одинаковые? Как в этом случае распределяется между проводниками общее напряжение?

Ответы | Лаб. 5. Изучение последовательного соединения проводников — Физика, 8 класс

0.

Какое соединение потребителей называют последовательным?

Ответ: последовательным называют соединение потребителей, при котором начало последующего элемента соединяется с концом предыдущего.

Какие главные закономерности выполняются при последовательном соединении потребителей?

Ответ: при последовательном соединении потребителей сила тока во всех проводниках одинакова; напряжения равны; полное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников.

2.

$I_0 = 0.3$ А. Сила тока во всех проводниках одинаковая.

4.

$U_1 = 2.2$ В;
$U_2 = 1.4$ В;
$U_0 = U_1 + U_2 = 3.6$ В.

5.

$R_0 = \dfrac{U_0}{I_0} = \dfrac{3.6 В}{0.3 А} = 12$ Ом;
$R_1 = \dfrac{U_1}{I_0} = \dfrac{2.2 В}{0.3 А} = 7.3$ Ом;
$R_2 = \dfrac{U_2}{I_0} = \dfrac{1.4 В}{0.3 А} = 4.7$ Ом;
$R_0 = R_1 + R_2 = 7.3$ Ом $ + 4.7$ Ом $= 12$ Ом.

6.

$R_0 = R_1 + R_2$; $R_0 = 4.7 + 7.3= 12$ Ом.

$I_0$, А $U1$, В $U_2$, В $U_0$, В $R_0$, Ом $R_1$, Ом $R_1$, Ом 0,3 2,2 1,4 3,6 12 7,3 4,7

7.

1. Почему последовательное соединение потребителей практически не используют в бытовых электрических цепях?

Если один из потребителей окажется неисправным, то все остальные отключатся.

2. Чему равно сопротивление участка цепи из $N$ одинаковых резисторов сопротивлением $R_1$ каждый, соединенных последовательно?

Сопротивление последовательно соединённых резисторов равно сумме их сопротивлений, а т.к. резисторы имеют одинаковое сопротивление получаем формулу: $R_0 = R_1 · N$.

Присоединяйтесь к Telegram-группе @superresheba_8, делитесь своими решениями и пользуйтесь материалами, которые присылают другие участники группы!

Что такое последовательный порт?

Обновлено: 30.06.2020, Computer Hope

Асинхронный порт на компьютере, используемый для подключения последовательного устройства к компьютеру и способный передавать по одному биту за раз. Последовательные порты обычно идентифицируются на IBM-совместимых компьютерах как COM-порты (коммуникационные). Например, мышь может подключаться к COM1, а модем — к COM2. На рисунке показан последовательный разъем DB9 на кабеле.

Где на компьютере последовательный порт?

Последовательный порт находится на задней панели компьютера и является частью материнской платы.

Примечание

С появлением USB, FireWire и других более быстрых решений последовательные порты используются редко по сравнению с тем, как часто они использовались в прошлом. Кроме того, многие новые компьютеры и ноутбуки больше не имеют последовательного порта.

Определение последовательного порта

На приведенном выше рисунке последовательного порта вы можете заметить, что соединение последовательного порта DB9 легко идентифицировать. Соединение имеет форму буквы D, представляет собой вилку и имеет 9 контактов.

Для чего используется последовательный порт?

Ниже приведен список различных аппаратных компонентов, которые можно приобрести и использовать с вашим последовательным портом.

Мышь — Одно из наиболее часто используемых устройств для последовательных портов, обычно используется с компьютерами без портов PS / 2 или USB и специальных мышей.
Модем — еще одно широко используемое устройство для последовательных портов. Обычно используется со старыми компьютерами, но также обычно используется из-за простоты использования.
Сеть — Одно из первоначальных применений последовательного порта, которое позволяло двум компьютерам соединяться вместе и позволяло передавать большие файлы между ними.
Принтер — Сегодня это не часто используемое устройство для последовательных портов. Однако часто использовался со старыми принтерами и плоттерами.

Информация о контактах последовательного порта

Ниже приведен список всех контактов разъема DB9, их назначение и название сигнала.

Примечание

На многих компьютерах последовательный порт обозначен как « 10101 », что означает единицы и нули для представления двоичного кода. Пользователь также может интерпретировать число «1» как букву «I» и нули как букву «O» и назвать его портом « IOIOI ».

Как показано выше, первый контакт находится в верхней левой части порта, а контакт 9 — в правом нижнем углу.

PIN НАЗНАЧЕНИЕ НАИМЕНОВАНИЕ СИГНАЛА
1 Обнаружение носителя данных DCD
2 Полученные данные RxData
3 Переданные данные TxData
4 Терминал данных готов DTR
5 Сигнальная земля Земля
6 Набор данных готов DSR
7 Запрос на отправку РТС
8 Разрешить отправку CTS
9 Индикатор звонка RI
Примечание

В большинстве современных компьютеров последовательный порт заменен портами USB.

Com-порт, Подключение, Кабель для передачи данных, Термины для оборудования, Термины материнской платы, Параллельный порт, Порт, RS-232, Последовательный

Как работают последовательные порты | HowStuffWorks

Все компьютерные операционные системы, используемые сегодня, поддерживают последовательные порты, поскольку последовательные порты существуют уже несколько десятилетий. Параллельные порты являются более поздним изобретением и работают намного быстрее, чем последовательные порты. Портам USB всего несколько лет, и они, вероятно, полностью заменят как последовательные, так и параллельные порты в течение следующих нескольких лет.

Название «последовательный» происходит от того факта, что последовательный порт «сериализует» данные. То есть он берет байт данных и передает 8 бит в байте по одному. Преимущество состоит в том, что для последовательного порта требуется только один провод для передачи 8 бит (в то время как для параллельного порта требуется 8). Недостатком является то, что для передачи данных требуется в 8 раз больше времени, чем при использовании 8 проводов. Последовательные порты снижают стоимость кабеля и уменьшают размер кабеля.

Перед каждым байтом данных последовательный порт отправляет стартовый бит, который представляет собой один бит со значением 0.После каждого байта данных он отправляет стоповый бит, чтобы сигнализировать, что байт завершен. Он также может отправить бит четности.

Последовательные порты, также называемые коммуникационными (COM) портами , являются двунаправленными . Двунаправленная связь позволяет каждому устройству как принимать данные, так и передавать их. Последовательные устройства используют разные контакты для приема и передачи данных — использование одних и тех же контактов ограничит связь до полудуплекс , что означает, что информация может перемещаться только в одном направлении за раз.Использование разных контактов обеспечивает полнодуплексную связь , при которой информация может перемещаться в обоих направлениях одновременно.

Последовательные порты зависят от специальной микросхемы контроллера, универсального асинхронного приемника / передатчика (UART) , для правильной работы. Микросхема UART принимает параллельный вывод системной шины компьютера и преобразует его в последовательную форму для передачи через последовательный порт. Чтобы работать быстрее, большинство микросхем UART имеют встроенный буфер объемом от 16 до 64 килобайт.Этот буфер позволяет микросхеме кэшировать данные, поступающие по системной шине, пока он обрабатывает данные, поступающие на последовательный порт. В то время как большинство стандартных последовательных портов имеют максимальную скорость передачи 115 Кбит / с (килобит в секунду), высокоскоростные последовательные порты, такие как Enhanced Serial Port (ESP) и Super Enhanced Serial Port (Super ESP) , могут достигать передачи данных. скорости 460 Кбит / с.

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

Введение

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

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

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

Что такое последовательная связь?

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

Режимы передачи — Последовательная связь

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

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

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

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

  • Little Endian и
  • с прямым порядком байтов.

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

Младший порядок байтов против большого порядкового номера

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

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

Последовательная связь

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

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

Параллельная связь RS232

Разница между последовательной и параллельной связью

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

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

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

Для облегчения понимания приведем сравнение последовательной и параллельной связи.

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

Синхронизация часов

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

Синхронный последовательный интерфейс

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

Асинхронный последовательный интерфейс

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

  1. Контроль скорости передачи
  2. Управление потоком данных
  3. Управление приемом и передачей
  4. Контроль ошибок.

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

Как работает последовательная связь?

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

Итак, вот шаги, чтобы установить последовательную связь

  1. Добавьте соединение.

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

  1. Выберите устройство, с которым хотите связаться.

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

Правила последовательной связи

# 1 Что такое скорость передачи данных?

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

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

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

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

# 2 Обрамление

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

# 3 Синхронизация

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

# 4 Контроль ошибок

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

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

Асинхронные последовательные протоколы

Самый частый вопрос, который придет вам в голову, когда вы начнете работать со встроенной системой, — зачем использовать асинхронные протоколы?

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

Некоторые из протоколов асинхронной связи:

Протокол RS-232
  • RS232 — это первый последовательный протокол, используемый для подключения модемов для телефонии.RS означает рекомендованный стандарт, , и теперь он был изменен на EIA ( Electronic Industries Alliance, ) / TIA ( Telecommunication Industry Association).
  • Он также используется в модемах, мышах и станках с числовым программным управлением. Вы можете подключить только один передатчик к одному приемнику.
  • Он поддерживает полнодуплексную связь и обеспечивает скорость передачи данных до 1 Мбит / с.
  • Длина кабеля не превышает 50 футов.

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

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

Последовательный порт RS232

Подключение проводов RS-232

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

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

Подключение проводов RS232

Интерфейс RS422

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

Подключение проводов RS 422

Интерфейс RS485

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

Подключение проводов RS485

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

Протокол 1-Wire

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

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

Асинхронные проводные протоколы хорошо подходят для связи на больших расстояниях. Однако у синхронных последовательных интерфейсов есть один недостаток.

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

Синхронные последовательные протоколы

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

Протокол I2C

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

Протокол SPI Протокол

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

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

Протокол CAN

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

USB Интерфейс USB

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

Микропровода

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

Заключение

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

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

Что такое последовательный порт в 2019 году

Основные параметры COM-портов

COM-порт имеет следующие стандартные характеристики:

  • Адрес базового порта ввода-вывода;
  • номер IRQ (прерывания);
  • Размер одного блока информации;
  • Скорость передачи данных;
  • Режим определения четности;
  • Метод контроля потока;
  • Количество стоповых битов.

Каковы преимущества последовательной передачи данных?


  • Последовательная связь требует меньшего количества проводов, что снижает стоимость интерфейса.
  • Он поддерживает передачу данных на большие расстояния.
  • Он использует меньшее количество проводов, часто только один, это приводит к простому интерфейсу между передающими и приемными устройствами или ИС.
  • Последовательные протоколы легко реализовать.

Типы последовательных портов

Существует несколько типов интерфейсов передачи данных, каждый из которых предназначен для конкретных приложений на основе необходимого набора параметров и структуры протокола.Последовательные интерфейсы данных включают CAN, RS-232, RS-485, RS-422, I2C, I2S, LIN, SPI и SMBus, но RS-232, RS-485 и RS-422 по-прежнему являются наиболее надежными и распространенными.

Интерфейсы RS-232 RS-422 RS-485
Кол-во приборов 1 передатчик
1 приемник
5 передатчиков
10 приемников на 1 передатчик
32 передатчика
32 приемника
Тип протокола дуплекс дуплекс полудуплекс
Макс.длина кабеля ~ 15.25 метров при 19,2 Кбит / с ~ 1220 метров при 100 Кбит / с ~ 1220 метров при 100 Кбит / с
Макс.скорость передачи данных 19,2 Кбит / с для 15 метров 10 Мбит / с на 15 метров 10 Мбит / с на 15 метров
Сигнал несимметричный сбалансированный сбалансированный
Мин. Входное напряжение +/- 3 В 0.2V дифференциал 0,2 В дифференциал
Выходной ток 500 мА 150 мА 250мА

RS232 Стандартный. Распиновка последовательного порта

RS-232 — это стандартный протокол связи, используемый последовательными портами для связи компьютера и его периферийных устройств. Этот стандарт описывает процесс обмена данными между телекоммуникационным устройством, например модемом, и компьютерным терминалом.Стандарт RS-232 определяет электрические характеристики сигналов, их назначение, продолжительность, а также размер разъемов и их распиновку.

Следует также отметить , что стандарт RS-232 является протоколом физического уровня и не определяет транспортные протоколы, которые будут использоваться для передачи данных. Транспортные протоколы могут различаться в зависимости от используемого коммуникационного оборудования и программного обеспечения.

Типы последовательных разъемов в компьютере.

Большинство компьютеров, где еще можно найти последовательный порт, имеют 9-контактный штекер DB-9. Разъем DB-9 обычно находится на материнской плате ПК, хотя в старых компьютерах он может быть на специальной мульти-карте, вставленной в слот расширения. Более старая версия последовательного разъема — это 25-контактный DB-25.

В отличие от параллельного порта, разъемы на обеих сторонах последовательного кабеля идентичны. В дополнение к линиям передачи данных последовательный порт содержит несколько служебных линий, по которым некоторая управляющая информация может передаваться между терминалом (компьютером) и устройством связи (модемом).Хотя теоретически для работы последовательного порта достаточно всего трех линий: приема данных, передачи данных и заземления, практика показала, что наличие служебных линий делает связь более эффективной, надежной и быстрой.

Распиновка разъема DB9 по стандарту RS-232 и соответствие выводам разъема DB-25:

DB-9 Номер контакта Описание сигнала DB-25 Номер контакта
1 (DCD) Обнаружение носителя данных 8
2 (TxD) Переданные данные 2
3 (RxD) Получение данных 3
4 (DTR) Терминал данных готов 20
5 (Земля) Земля 7
6 (DSR) Готовность набора данных 6
7 (RTS) Запрос на отправку 4
8 (CTS) Разрешение на отправку 5
9 (RI) Индикатор звонка 22

GND — Земля, второй (общий) провод для всех сигналов.(Сигналы всегда передаются по двум проводам).

TxD — Переданные данные, асинхронный канал для отправки последовательных данных.

RxD — Полученные данные, асинхронный канал для приема последовательных данных.

RTS — Запрос на отправку, управляющий сигнал, который сообщает, что у компьютера есть данные для отправки по каналу TxD на конечное устройство.

DTR — Data Terminal Ready, сигнал управления, который сообщает, что компьютер (терминал) готов к взаимодействию с конечным устройством.

CTS — Clear To Send, сигнал управления, который указывает, что оконечное устройство готово к приему данных с терминала по каналу TxD. Обычно этот сигнал устанавливается оконечным устройством после того, как оно получает сигнал RTS = True (запрос передачи) от компьютера и готово к приему данных. Если оконечное устройство не устанавливает сигнал CTS = True, передача по каналу TxD не начнется. Этот сигнал используется для аппаратного управления потоком.

DSR — набор данных готов, управляющий сигнал, который сообщает, что конечное устройство выполнило все настройки и готово начать отправку и получение данных с компьютера.

DCD — Обнаружен носитель данных, управляющий сигнал, который информирует компьютер (терминал) об обнаружении другого терминала, то есть оконечное устройство, например модем, обнаружило другой модем, который хочет инициализировать обмен данными между терминалы. Модем устанавливает сигнал DCD = True, который детектируется на входе компьютера (терминала). Если терминал готов к обмену данными, он должен указать свою готовность, установив сигнал DTR = True, после чего начнется обмен данными между двумя терминалами.

RI — индикатор звонка, сигнал, который «сообщает» компьютеру (терминалу), что оконечное устройство принимает сигнал вызова.

Как проверить COM-порт на компьютере

Часто возникает необходимость открыть COM-порт, когда вы ремонтируете компьютер или выполняете диагностику. Кроме того, может потребоваться проверить, работает ли ваш последовательный порт. Сжечь элемент очень просто. Чаще всего COM-порты повреждаются, когда пользователи неправильно отключают устройства.

Самый простой способ проверить работоспособность COM-интерфейса — подключить к нему мышь.Однако это не даст вам полной картины, поскольку манипулятор использует только половину из восьми доступных сигнальных линий. Только с помощью специального программного обеспечения сниффера COM-порта (например, Serial Port Monitor) вы получите возможность тщательно протестировать последовательный порт. Найдите список лучших снифферов последовательных данных в нашем новом руководстве. Он охватывает как программные, так и аппаратные решения для снифферов COM-портов и подчеркивает очевидные преимущества, которые вы получаете от того или иного решения.

Проект документации Linux


Информация о LDP
FAQ
Манифест / лицензия
История
Волонтеры / сотрудники
Должностные инструкции
Списки рассылки
IRC
Обратная связь

Автор / внесите свой вклад
Руководство для авторов LDP
Внесите свой вклад / Помогите
Ресурсы
Как отправить
Репозиторий GIT
Загрузок
Контакты

Спонсор сайта LDP
Мастерская

Вики-сайт LDP : LDP Wiki — это отправная точка для любой незавершенной работы
Члены | Авторы | Посетители
Документы

HOWTO : тематическая справка
последние обновления | основной индекс | просматривать по категориям
Руководства : более длинные, подробные книги
последние обновления / основной указатель
Часто задаваемые вопросы : Часто задаваемые вопросы
последние обновления / основной указатель
страницы руководства : справка по отдельным командам (20060810)
Бюллетень Linux : Интернет-журнал
Поиск / Ресурсы

Ссылки
Поиск OMF
Объявления / Разное


Обновления документов
Ссылка на HOWTO, которые были недавно обновлены.

Последовательная связь — learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное Любимый 93

Введение

Встроенная электроника — это объединение схем (процессоров или других интегральных схем) для создания симбиотической системы. Чтобы эти отдельные каналы могли обмениваться информацией, они должны использовать общий протокол связи. Для этого обмена данными определены сотни протоколов связи, каждый из которых можно разделить на две категории: параллельный или последовательный.

Параллельный и последовательный

Параллельные интерфейсы одновременно передают несколько битов. Обычно им требуется шин, данных — передача по восьми, шестнадцати или более проводам. Данные передаются огромными, грохочущими волнами единиц и нулей.

8-битная шина данных, управляемая часами, передающая байт за каждый тактовый импульс. Используется 9 проводов.

Последовательные интерфейсы передают свои данные по одному биту за раз. Эти интерфейсы могут работать всего с одним проводом, обычно не более четырех.

Пример последовательного интерфейса, передающего один бит за каждый тактовый импульс. Требуется всего 2 провода!

Подумайте о двух интерфейсах как о потоке автомобилей: параллельный интерфейс будет представлять собой мегамагистраль с 8 и более полосами движения, а последовательный интерфейс больше похож на двухполосную сельскую дорогу. По прошествии определенного времени мега-магистраль потенциально может доставить больше людей к месту назначения, но эта сельская двухполосная дорога служит своей цели и стоит небольшую часть средств, чтобы построить.

Параллельная связь, безусловно, имеет свои преимущества. Это быстро, просто и относительно легко реализовать. Но для этого требуется гораздо больше линий ввода / вывода (I / O). Если вам когда-либо приходилось переносить проект с базового Arduino Uno на Mega, вы знаете, что линии ввода-вывода на микропроцессоре могут быть драгоценными и немногочисленными. Таким образом, мы часто выбираем последовательную связь, жертвуя потенциальной скоростью ради полезности контактов.

Асинхронный последовательный порт

За прошедшие годы были созданы десятки последовательных протоколов для удовлетворения особых потребностей встраиваемых систем.USB (универсальная шина , последовательная шина ) и Ethernet — это пара наиболее известных компьютерных последовательных интерфейсов. Другие очень распространенные последовательные интерфейсы включают SPI, I 2 C и стандарт последовательного порта, о котором мы здесь сегодня поговорим. Каждый из этих последовательных интерфейсов можно разделить на две группы: синхронные или асинхронные.

Синхронный последовательный интерфейс всегда связывает свою линию (линии) данных с тактовым сигналом, поэтому все устройства на синхронной последовательной шине используют общие часы.Это делает последовательную передачу более простой и часто более быстрой, но также требует, по крайней мере, одного дополнительного провода между взаимодействующими устройствами. Примеры синхронных интерфейсов включают SPI и I 2 C.

Асинхронный означает, что данные передаются без поддержки внешнего синхросигнала . Этот метод передачи идеально подходит для минимизации количества необходимых проводов и контактов ввода-вывода, но это означает, что нам нужно приложить дополнительные усилия для надежной передачи и приема данных.Последовательный протокол, который мы будем обсуждать в этом руководстве, является наиболее распространенной формой асинхронной передачи. На самом деле это настолько распространено, что, когда большинство людей говорят «серийный», они говорят об этом протоколе (что вы, вероятно, заметите в этом руководстве).

Последовательный протокол без тактовой частоты, который мы будем обсуждать в этом руководстве, широко используется во встроенной электронике. Если вы хотите добавить в свой проект модуль GPS, Bluetooth, XBee, ЖК-дисплеи с последовательным интерфейсом или многие другие внешние устройства, вам, вероятно, потребуется добавить несколько последовательных интерфейсов.

Рекомендуемая литература

Это руководство основано на нескольких концепциях электроники нижнего уровня, в том числе:

двоичный

Двоичная — это система счисления в электронике и программировании … поэтому важно научиться этому. Но что такое двоичный? Как это переводится в другие системы счисления, такие как десятичные?

Логические уровни

Узнайте разницу между 3.Устройства 3V и 5V и логические уровни.

Аналоговые и цифровые

В этом руководстве рассматривается концепция аналоговых и цифровых сигналов в их отношении к электронике.

Как читать схему

Обзор обозначений схем компонентов, а также советы и рекомендации для лучшего чтения схем. Щелкните здесь и станьте схематически грамотным уже сегодня!

Шестнадцатеричный

Как интерпретировать шестнадцатеричные числа и как преобразовать их в / из десятичных и двоичных чисел.

ASCII

Краткая история того, как появился ASCII, как он полезен для компьютеров, и некоторые полезные таблицы для преобразования чисел в символы.

Если вы не очень хорошо знакомы ни с одной из этих концепций, подумайте о проверке этих ссылок.

А теперь давайте отправимся в серийное путешествие …

Правила серийного номера

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

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

Благодаря разнообразию этих сигнальных механизмов вы обнаружите, что не существует единого способа для последовательной передачи данных. Протокол легко настраивается. Важнейшей частью является обеспечение того, чтобы оба устройства на последовательной шине были настроены на использование одних и тех же протоколов .

Скорость передачи

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

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

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

Обрамление данных

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

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

Давайте подробно рассмотрим каждую из этих частей рамы.

Блок данных

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

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

Биты синхронизации

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

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

Биты четности

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

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

9600 8N1 (пример)

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

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

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

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

На каждый переданный байт данных фактически отправляется 10 бит: стартовый бит, 8 бит данных и стоповый бит. Итак, при 9600 бит / с мы фактически отправляем 9600 бит в секунду или 960 (9600/10) байтов в секунду.


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

Электропроводка и оборудование

Последовательная шина состоит всего из двух проводов — один для отправки данных, а другой для приема.Таким образом, последовательные устройства должны иметь два последовательных контакта: приемник RX и передатчик TX .

Важно отметить, что эти ярлыки RX и TX относятся к самому устройству. Таким образом, RX от одного устройства должен переходить в TX другого, и наоборот. Это странно, если вы привыкли подключать VCC к VCC, GND к GND, MOSI к MOSI и т. Д., Но это имеет смысл, если подумать. Передатчик должен разговаривать с приемником, а не с другим передатчиком.

Последовательный интерфейс, через который оба устройства могут отправлять и получать данные, — это полнодуплексный или полудуплексный . Полнодуплексный режим означает, что оба устройства могут отправлять и получать одновременно. Полудуплексная связь означает, что последовательные устройства должны по очереди отправлять и получать.

Некоторые последовательные шины могут обходиться без единого соединения между отправляющим и принимающим устройством. Например, все наши ЖК-дисплеи с последовательным подключением — это уши, и на самом деле у них нет никаких данных для обратной передачи на управляющее устройство.Это то, что известно как симплексная последовательная связь . Все, что вам нужно, это один провод от TX ведущего устройства до RX линии слушателя.

Аппаратная реализация

Мы рассмотрели асинхронный последовательный порт с концептуальной стороны. Мы знаем, какие провода нам нужны. Но как на самом деле реализуется последовательная связь на уровне сигнала? На самом деле, разными способами. Существуют всевозможные стандарты для последовательной передачи сигналов. Давайте посмотрим на пару наиболее популярных аппаратных реализаций последовательного интерфейса: логического уровня (TTL) и RS-232.

Когда микроконтроллеры и другие низкоуровневые ИС обмениваются данными последовательно, они обычно делают это на уровне TTL (транзисторно-транзисторной логики). Последовательный TTL Сигналы существуют между диапазоном напряжения питания микроконтроллера — обычно от 0 В до 3,3 В или 5 В. Сигнал на уровне VCC (3,3 В, 5 В и т. Д.) Указывает либо на свободную линию, либо на бит со значением 1, либо на стоповый бит. Сигнал 0 В (GND) представляет либо стартовый бит, либо бит данных со значением 0.

RS-232, который можно найти на некоторых из более древних компьютеров и периферийных устройств, похож на TTL-последовательный порт, перевернутый с ног на голову.Сигналы RS-232 обычно находятся в диапазоне от -13 В до 13 В, хотя в спецификации допускается любое значение от +/- 3 В до +/- 25 В. В этих сигналах низкое напряжение (-5 В, -13 В и т. Д.) Указывает либо на свободную линию, либо на стоповый бит, либо на бит данных со значением 1. Высокий сигнал RS-232 означает либо стартовый бит, либо 0- бит данных значения. Это своего рода противоположность последовательному TTL.

Между двумя стандартами последовательных сигналов, TTL намного проще внедрить во встроенные схемы. Однако низкие уровни напряжения более подвержены потерям на длинных линиях передачи.RS-232 или более сложные стандарты, такие как RS-485, лучше подходят для последовательной передачи на большие расстояния.

Когда вы соединяете два последовательных устройства вместе, важно убедиться, что их сигнальные напряжения совпадают. Вы не можете напрямую связать последовательное устройство TTL с шиной RS-232. Вам придется изменить эти сигналы!


Продолжая, мы рассмотрим инструментальные средства, которые микроконтроллеры используют для преобразования своих данных по параллельной шине в последовательный интерфейс и обратно. UART!

UART

Последняя часть этой серийной головоломки — найти что-то, что могло бы создать как последовательные пакеты, так и управлять этими физическими линиями оборудования.Введите UART.

Универсальный асинхронный приемник / передатчик (UART) — это блок схемы, отвечающий за реализацию последовательной связи. По сути, UART действует как посредник между параллельным и последовательным интерфейсами. На одном конце UART находится шина из восьми или около того линий данных (плюс несколько управляющих контактов), на другом — два последовательных провода — RX и TX.

Супер-упрощенный интерфейс UART. Параллельный на одном конце, последовательный на другом.

UART существуют как автономные ИС, но чаще встречаются внутри микроконтроллеров.Вам нужно будет проверить техническое описание вашего микроконтроллера, чтобы узнать, есть ли у него какие-либо UART. У кого-то его нет, у кого-то есть, у кого-то много. Например, Arduino Uno, основанная на «старом верном» ATmega328, имеет только один UART, а Arduino Mega, построенная на ATmega2560, имеет целых четыре UART.

Как следует из аббревиатуры R и T , UART отвечают как за отправку, так и за прием последовательных данных. На стороне передачи UART должен создать пакет данных, добавив биты синхронизации и четности, и отправить этот пакет по линии передачи с точным временем (в соответствии с установленной скоростью передачи).На стороне приема UART должен выполнить выборку линии RX со скоростью в соответствии с ожидаемой скоростью передачи, выбрать биты синхронизации и выдать данные.

Блок-схема внутреннего UART (любезно предоставлена ​​таблицей данных Exar ST16C550)

Более продвинутые UART могут сбрасывать полученные данные в буфер , где они могут оставаться до тех пор, пока микроконтроллер не придет за ними. UART обычно выпускают свои буферизованные данные по принципу FIFO. Буферы могут иметь размер от нескольких бит до тысяч байтов.

Программные UART

Если микроконтроллер не имеет UART (или его не хватает), последовательный интерфейс может быть бит-битом , — напрямую управляться процессором. Это подход, который используют библиотеки Arduino, такие как SoftwareSerial. Bit-banging требует много ресурсов процессора и обычно не так точен, как UART, но в крайнем случае работает!

Общие ловушки

Вот и все, что касается последовательной связи. Я хотел бы оставить вас с несколькими типичными ошибками, которые легко сделать инженер с любым уровнем опыта:

RX-to-TX, TX-to-RX

Кажется достаточно простым, но это ошибка, которую я совершал более чем несколько раз.Как бы вы ни хотели, чтобы их метки совпадали, всегда следите за тем, чтобы линии RX и TX пересекали линии между последовательными устройствами.

FTDI Базовое программирование Pro Mini. Обратите внимание на пересечение RX и TX!

Вопреки тому, что предупреждал уважаемый доктор Эгон Спенглер, пересекает ручьи .

Несоответствие скорости передачи

Скорость передачи аналогична языкам последовательной связи. Если два устройства не разговаривают с одинаковой скоростью, данные могут быть неправильно интерпретированы или полностью пропущены.Если все принимающее устройство видит на своей линии приема мусор, убедитесь, что скорости передачи совпадают.

Данные передаются со скоростью 9600 бит / с, но принимаются со скоростью 19200 бит / с. Несоответствие бода = мусор.

Разногласия в автобусе

Последовательная связь предназначена для того, чтобы только два устройства могли обмениваться данными по одной последовательной шине. Если несколько устройств пытаются передавать по одной и той же последовательной линии, вы можете столкнуться с конфликтом на шине. Дун Дун Дун ….

Например, если вы подключаете модуль GPS к Arduino, вы можете просто подключить линию TX этого модуля к линии RX Arduino.Но этот вывод Arduino RX уже подключен к выводу TX преобразователя USB-to-serial, который используется всякий раз, когда вы программируете Arduino или используете Serial Monitor . Это создает потенциальную ситуацию, когда и модуль GPS, и чип FTDI пытаются одновременно передавать данные по одной и той же линии.

Два передатчика, отправляющие сигнал одному приемнику, создают возможность конфликта на шине.

Два устройства пытаются передавать данные одновременно по одной линии — это плохо! В «лучшем» случае ни одно из устройств не сможет отправлять свои данные.В худшем случае обе линии передачи устройства выходят из строя (хотя это редко и обычно защищено от этого).

Подключение нескольких приемных устройств к одному передающему устройству может быть безопасным. Не совсем соответствует спецификации и, вероятно, не одобряется закаленным инженером, но это сработает. Например, если вы подключаете последовательный ЖК-дисплей к Arduino, самым простым подходом может быть подключение линии RX ЖК-модуля к линии TX Arduino. TX Arduino уже подключен к линии RX USB-программатора, но это по-прежнему оставляет только одно устройство, контролирующее линию передачи.

Такое распределение линии передачи может быть опасным с точки зрения прошивки, потому что вы не можете выбрать, какое устройство слышит какую передачу. ЖК-дисплей в конечном итоге получит данные, не предназначенные для него, что может заставить его перейти в неизвестное состояние.

В общем — одна последовательная шина, два последовательных устройства!

Ресурсы и дальнейшее развитие

Благодаря этим блестящим новым знаниям о последовательной связи есть множество новых концепций, проектов и технологий для изучения.

Хотите узнать больше о других стандартах связи? Может что-то синхронное? Ознакомьтесь со следующими протоколами связи.

I2C

Введение в I2C, один из основных используемых сегодня протоколов встроенной связи.

AST-CAN485 Руководство по подключению

AST CAN485 — это миниатюрная Arduino в компактном форм-факторе ProMini.В дополнение ко всем обычным функциям он имеет встроенные порты CAN и RS485, позволяющие быстро и легко взаимодействовать с множеством промышленных устройств.

Многие технологии широко используют последовательную связь:

А может, хотите посмотреть сериал в действии?

Обзор последовательного порта

— MATLAB и Simulink

Что такое последовательная связь?

Последовательная связь является наиболее распространенным протоколом низкого уровня для связи между двумя или более устройств.Обычно одно устройство представляет собой компьютер, а другое устройство может быть модемом, принтер, другой компьютер или научный инструмент, такой как осциллограф или функция генератор.

Как следует из названия, последовательный порт отправляет и принимает байты информации в последовательном мода — по частям. Эти байты передаются в двоичном формате или в текстовом формате. (ASCII) формат.

Для многих приложений последовательного порта вы можете обмениваться данными с вашим прибором без детальное знание того, как работает последовательный порт.Связь устанавливается через серийный объект порта, который вы создаете в рабочем пространстве MATLAB ® .

Если ваше приложение просто, или, если вы уже знакомы с упомянутыми выше темами, вы можете хочу начать с создания объекта последовательного порта. Если вам нужно подробное описание всех Действия, которые вы, вероятно, предпримете при обмене данными с вашим прибором, см. в разделе «Начало работы с Instrument Control Toolbox».

Стандарт интерфейса последовательного порта

На протяжении многих лет было разработано несколько стандартов интерфейса последовательного порта для подключения компьютеров к периферийные устройства были разработаны.Эти стандарты включают RS-232, RS-422 и RS-485 — все они поддерживаются объектом serialport . Наиболее широко используемые стандарт — RS-232.

Текущая версия этого стандарта имеет обозначение TIA / EIA-232C и опубликована Ассоциация телекоммуникационной индустрии. Однако термин «RS-232» все еще широко используется, и используется здесь для обозначения последовательного порта связи, соответствующего стандарту TIA / EIA-232. стандарт. RS-232 определяет следующие характеристики последовательного порта:

  • Максимальная скорость передачи данных и длина кабеля

  • Названия, электрические характеристики и функции сигналов

  • Механические соединения и назначение контактов

Первичная связь использует три контакты: контакт передачи данных, контакт приема данных и Контакт заземления.Другие контакты доступны для управления потоком данных, но не требуются.

Примечание

В этом руководстве предполагается, что вы используете стандарт RS-232. Обратитесь к своему устройству документацию, чтобы узнать, какой стандарт интерфейса вы можете использовать.

Соединение двух устройств последовательным кабелем

Стандарт RS-232 и RS-485 определяет два устройства, соединенных последовательным кабелем, как оконечное оборудование данных (DTE) и оконечное оборудование канала передачи данных (DCE).Этот терминология отражает происхождение RS-232 как стандарт для связи между компьютером терминал и модем.

В этом руководстве ваш компьютер считается DTE, а периферийные устройства, такие как модемы а принтеры считаются DCE. Обратите внимание, что многие научные инструменты работают как DTE.

Поскольку RS-232 в основном включает подключение DTE к DCE, определения назначения контактов укажите прямую проводку, где контакт 1 подключен к контакту 1, контакт 2 подключен к контакту 2 и так далее.Последовательное соединение DTE-to-DCE с использованием вывода передачи данных (TD) и приема Вывод данных (RD) показан ниже. Обратитесь к разделу «Сигналы последовательного порта и назначение выводов» для получения дополнительной информации о выводах последовательного порта.

Если вы соединяете два DTE или два DCE с помощью прямого последовательного кабеля, то вывод TD на каждом устройстве подключен к другому, а вывод RD на каждом устройстве подключен к Другой. Следовательно, для подключения двух одинаковых устройств необходимо использовать нуль-модем кабель.Как показано ниже, нуль-модемные кабели пересекают линии передачи и приема в кабель.

Примечание

К последовательному порту можно подключить несколько устройств RS-422 или RS-485. Если у вас есть Адаптер RS-232 / RS-485, тогда вы можете использовать объект serialport с этими устройств.

Сигналы последовательного порта и назначение контактов

Последовательные порты состоят из двух типов сигналов: сигналов данных и управляющие сигналы .Для поддержки этих типов сигналов, а также сигнала заземления стандарт RS-232 определяет 25-контактное соединение. Однако большинство ПК и платформ UNIX ® используют 9-контактное соединение. Фактически, для связь через последовательный порт: один для приема данных, один для передачи данных и один для сигнальная земля.

На следующем рисунке показана схема назначения контактов девятиконтактного штекерного разъема на DTE.

В этой таблице описаны контакты и сигналы, связанные с девятиконтактным разъемом.Ссылаться на стандарт RS-232 или RS-485 для описания сигналов и назначения контактов для 25-контактный разъем.

Назначение выводов последовательного порта и сигналов

0

Сигнальная земля

Вывод

Наклейка

Имя сигнала

902

CD

Carrier Detect

Контроль

2

RD

Полученные данные

Данные

0

Передаваемые данные

Данные

4

DTR

Готовность терминала данных

Control

9000ND61

Земля

6

DSR

Набор данных готов

Control

7

RTS

Запрос

Control

8

CTS

Готово к отправке

Control

9

RI

62 Кольцевой индикатор

0

Термин «набор данных» является синонимом «модема» или «устройства», а термин «терминал данных» является синонимом слова «компьютер».”

Примечание

Выводы последовательного порта и назначения сигналов относятся к DTE. Например, данные передаются с вывода TD DTE на вывод RD DCE.

Состояния сигналов

Сигналы могут быть в активном состоянии или в неактивном состоянии состояние . Активное состояние соответствует двоичному значению 1, а неактивное состояние соответствует двоичному значению 0. Активное состояние сигнала часто описывается как логика 1 , на , правда или марка .Состояние неактивного сигнала часто описывается как логика . 0 , выкл. , ложь , или пространство .

Для сигналов данных состояние «включено» происходит, когда напряжение принимаемого сигнала больше отрицательное значение, чем –3 В, в то время как состояние «выключено» возникает при напряжениях более положительных, чем 3 В вольт. Для управляющих сигналов состояние «включено» возникает, когда напряжение принимаемого сигнала больше положительный, чем 3 вольта, в то время как состояние «выключено» возникает для напряжений более отрицательных, чем –3 вольт.Напряжение от –3 до +3 вольт считается переходной областью, и состояние сигнала не определено.

Для приведения сигнала в состояние «включено» управляющее устройство отменяет (или понижает ) значение для выводов данных и утверждает (или повышает ) значение для управления булавки. И наоборот, чтобы перевести сигнал в состояние «выключено», управляющее устройство устанавливает значение для выводов данных и отменяет значение для выводов управления.

На следующем рисунке показаны состояния «включено» и «выключено» для сигнала данных и для управляющий сигнал.

Выводы данных

Большинство устройств с последовательным портом поддерживают полнодуплексную связь , то есть что они могут отправлять и получать данные одновременно. Поэтому для передача и получение данных. Для этих устройств используются выводы TD, RD и GND. Однако некоторые типы устройств с последовательным портом поддерживают только односторонний или односторонний полудуплекс связи.Для этих устройств только TD и GND булавки используются. В этом руководстве предполагается, что к вашему компьютеру подключен дуплексный последовательный порт. устройство.

Вывод TD передает данные, передаваемые DTE в DCE. Вывод RD передает данные, которые получено DTE от DCE.

Контрольные выводы

Контрольные выводы девятиконтактного последовательного порта используются для определения наличия подключенные устройства и контролировать поток данных. К контактам управления относятся:

,

, , RTS и CTS. Контакты RTS и CTS используются, чтобы сигнализировать, готовы ли устройства к отправке или получать данные. Этот тип управления потоком данных, называемый аппаратным подтверждением связи, используется для предотвратить потерю данных во время передачи. При включении и для DTE, и для DCE аппаратное обеспечение квитирование с использованием RTS и CTS выполняется следующим образом:

  1. DTE устанавливает вывод RTS, чтобы проинструктировать DCE, что это готов к приему данных.

  2. DCE подтверждает вывод CTS, указывая на то, что отправить данные через вывод TD.Если данные больше не могут быть отправлены, вывод CTS не утверждено.

  3. Данные передаются в DTE через вывод TD. Если данные могут больше не принимаются, вывод RTS не подтверждается DTE и передача данных остановлен.

Чтобы включить аппаратное подтверждение связи, см. Управление потоком данных: Подтверждение связи.

Контакты DTR и DSR. Многие устройства используют контакты DSR и DTR, чтобы сигнализировать, что они подключены и запитаны.Сигнализация присутствия подключенных устройств с помощью DTR и DSR выполняется следующим образом:

  1. DTE устанавливает вывод DTR, чтобы запросить подключение DCE к линия связи.

  2. DCE устанавливает вывод DSR, чтобы указать, что он связаны.

  3. DCE отменяет подтверждение вывода DSR, когда он отсоединен от линия связи.

Штифты DTR и DSR изначально были разработаны для обеспечения альтернативного метода аппаратное подтверждение связи.Однако контакты RTS и CTS обычно используются таким образом, а не контакты DSR и DTR. Обратитесь к документации вашего устройства, чтобы определить его конкретный контакт. поведение.

Контакты CD и RI. Контакты CD и RI обычно используются для индикации наличия определенных сигналов. во время модем-модемных соединений.

CD используется модемом, чтобы сигнализировать, что он установил соединение с другим модемом, или обнаружил несущий тон. CD утверждается, когда DCE получает сигнал подходящая частота.CD не подтверждается, если DCE не получает подходящий сигнал.

RI используется для индикации наличия звукового сигнала вызова. RI утверждается, когда DCE получает сигнал вызова. RI не подтверждается, когда DCE не получает сигнал вызова (например, между звонками).

Формат последовательных данных

Формат последовательных данных включает один стартовый бит, от пяти до восьми битов данных и один стоп-бит. В формат также могут быть включены бит четности и дополнительный стоповый бит.Эта диаграмма иллюстрирует формат последовательных данных.

Формат данных последовательного порта часто выражается с использованием следующих обозначений:

количество битов данных — тип четности — количество стоповых битов

Например, 8-N-1 интерпретируется как восемь битов данных, без бита четности , и один стоповый бит, в то время как 7-E-2 интерпретируется как семь бит данных, четность и два стоповых бита.

Биты данных часто называют символом , потому что эти биты обычно представляют собой символ ASCII.Остальные биты называются кадрами . биты , потому что они кадрируют биты данных.

байтов и значений

Набор битов, составляющих формат последовательных данных, называется байт . Сначала этот термин может показаться неточным, потому что байт равен 8. бит, а формат последовательных данных может находиться в диапазоне от 7 бит до 12 бит. Однако когда серийный данные хранятся на вашем компьютере, биты кадрирования удаляются, и только биты данных сохраняются.Более того, всегда используются восемь бит данных, независимо от количества данных. биты, указанные для передачи, с неиспользованными битами, которым присвоено значение 0.

При чтении или записи данных вам может потребоваться указать значение , который может состоять из одного или нескольких байтов. Например, если вы читаете одно значение с устройства если используется формат int32 , то это значение состоит из четырех байтов. Для большего Информацию о чтении и записи значений см. в разделе «Запись и чтение данных последовательного порта».

Синхронная и асинхронная связь

Стандарты RS-232 и RS-485 поддерживают два типа протоколов связи: синхронный и асинхронный.

Используя синхронный протокол, все передаваемые биты синхронизируются с общими часами сигнал. Два устройства сначала синхронизируются друг с другом, а затем постоянно отправлять символы, чтобы оставаться синхронизированными. Даже когда фактические данные на самом деле не отправляются, постоянный поток битов позволяет каждому устройству знать, где находится другое в любой момент времени.Тот То есть каждый отправленный бит является либо фактическими данными, либо символом ожидания. Синхронный связь обеспечивает более высокую скорость передачи данных, чем асинхронные методы, потому что дополнительные биты для обозначения начала и конца каждого байта данных не требуются.

Используя асинхронный протокол, каждое устройство использует свои собственные внутренние часы, в результате чего байты, которые передаются в произвольное время. Итак, вместо того, чтобы использовать время как способ синхронизировать биты, формат данных используется.

В частности, передача данных синхронизируется с использованием стартового бита слова, в то время как один или несколько стоповых битов указывают на конец слова. Требование отправить эти дополнительные биты приводят к тому, что асинхронная связь будет немного медленнее, чем синхронная. Однако его преимущество заключается в том, что процессору не приходится иметь дело с дополнительными праздные персонажи. Большинство последовательных портов работают асинхронно.

Примечание

В этом руководстве термины «синхронный» и «асинхронный» относятся к тому, считывается или операции записи блокируют доступ к командному окну MATLAB.

Как передаются биты?

По определению, последовательные данные передаются по одному биту за раз. Порядок, в котором биты передаются следующим образом:

  1. Стартовый бит передается со значением 0.

  2. Передаются биты данных. Первый бит данных соответствует наименьший значащий бит (LSB), а последний бит данных соответствует наибольшему значащий бит (MSB).

  3. Передается бит четности (если он определен).

  4. Передаются один или два стоповых бита, каждый со значением 1.

Число битов, передаваемых в секунду, равно бод. оценка . Переданные биты включают стартовый бит, биты данных, бит четности. (если определено) и стоповые биты.

Стартовые и стоповые биты

Как описано в разделе «Синхронная и асинхронная связь», большинство последовательных портов работают асинхронно. Это означает, что передаваемый байт должен быть идентифицирован по запуску и остановке. биты.Стартовый бит указывает, когда начинается байт данных, а стоповый бит указывает, когда байт данных был передан. Процесс идентификации байтов с Формат последовательных данных включает следующие шаги:

  1. Когда вывод последовательного порта неактивен (не передает данные), он находится в состоянии «включено».

  2. Когда данные должны быть переданы, контакт последовательного порта переключается в состояние «выключено» из-за стартового бита.

  3. Контакт последовательного порта переключается обратно в состояние «включено» из-за стоповый бит (ы).Это указывает на конец байта.

Биты данных

Биты данных, передаваемые через последовательный порт, могут представлять команды устройства, датчик показания, сообщения об ошибках и т. д. Данные могут быть переданы либо как двоичные данные, либо как текстовые (ASCII) данные.

Большинство последовательных портов используют от пяти до восьми битов данных. Двоичные данные обычно передается как восемь бит. Текстовые данные передаются в виде семи или восьми битов. биты.Если данные основаны на наборе символов ASCII, то не менее семи битов требуется, потому что существует 2 7 или 128 различных символов. Если восьмой бит должен иметь значение 0. Если данные основаны на расширенном ASCII набора символов, то необходимо использовать восемь бит, потому что их 2 8 или 256 различных символов.

Бит четности

Бит четности обеспечивает простую проверку ошибок (четности) передаваемых данных.Этот В таблице описаны типы проверки четности.

Типы четности

Тип четности

Описание

Четность

Бит данных плюс четность 1с.

Mark

Бит четности всегда равен 1.

Нечетный

Биты данных плюс бит четности дают нечетное число 1с.

Пробел

Бит четности всегда равен 0.

Проверка четности меток и пробелов используется редко, поскольку они предлагают минимальную ошибку обнаружение. Вы можете вообще не использовать проверку четности.

Процесс проверки четности состоит из следующих шагов:

  1. Передающее устройство устанавливает бит четности в 0 или 1 в зависимости от значений битов данных и выбранного типа проверки четности.

  2. Принимающее устройство проверяет, соответствует ли бит четности передаваемые данные. Если да, то биты данных принимаются. Если это не так, то ошибка возвращается.

Примечание

Проверка четности может обнаруживать только однобитовые ошибки. Многобитовые ошибки могут отображаться как действительные данные.

Например, предположим, что биты данных 01110001 передаются на ваш компьютер. Если даже выбрана четность, затем передающее устройство устанавливает бит четности в 0, чтобы произвести четное количество единиц.Если выбрана нечетная четность, то бит четности устанавливается в 1 передающее устройство для выдачи нечетного числа единиц.

Поиск информации о последовательном порте для вашей платформы

Вы можете найти информацию о последовательном порте, используя ресурсы, предоставляемые платформами Windows и UNIX.

Примечание

Ваша операционная система предоставляет значения по умолчанию для всех настроек последовательного порта. Однако, эти настройки переопределяются вашим кодом MATLAB и не влияют на ваше приложение последовательного порта.

Вы также можете использовать функцию instrhwinfo для возврата доступных последовательных портов. программно.

Используйте функцию
serialportlist для поиска доступных портов

Функция serialportlist возвращает список всех последовательных портов на система, включая виртуальные последовательные порты, обеспечиваемые устройствами USB-to-serial и Bluetooth Устройства профиля последовательного порта. Функция предоставляет список имеющихся у вас последовательных портов. доступ к на вашем компьютере и может использоваться для связи через последовательный порт.Например:

 ans =

  1 × 3 строковый массив

    «COM1» «COM3» «COM4» 

Примечание

Функция serialportlist показывает доступные и используемые порты. в системах Windows и macOS, но в Linux он показывает только доступные порты, а не используемые порты.

Платформа Windows

Вы можете получить доступ к информации о последовательном порте через Устройство Менеджер .

  1. Открыть Диспетчер устройств .

  2. Расширение портов (COM и LPT) список.

  3. Дважды щелкните порт связи (COM1) элемент.

  4. Выберите вкладку Настройки порта .

Платформа UNIX

Чтобы найти информацию о последовательном порте для платформ UNIX, вам необходимо знать имена последовательных портов. Эти имена могут отличаться между разными операционными системами.

В Linux устройства с последовательным портом обычно называются ttyS0 , ttyS1 и так далее.Вы можете использовать команду setserial для отображения или настройки информации о последовательном порте. Например, чтобы отобразить, какие последовательные порты доступны:

 / dev / ttyS0 по адресу 0x03f8 (irq = 4) - 16550A
/ dev / ttyS1 по адресу 0x02f8 (irq = 3) - 16550A 

Для отображения подробной информации о ttyS0 :

 / dev / ttyS0, Line 0, UART: 16550A, Port: 0x03f8, IRQ: 4
        Baud_base: 115200, close_delay: 50, делитель: 0
        закрытие_wait: 3000, закрытие_wait2: бесконечность
        Флаги: spd_normal skip_test session_lockout 

Note

Если команда setserial -ag не работает, убедитесь, что у вас есть разрешение на чтение и запись для порта.

Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *