Mode sinkron. Operasi sinkron

Di sini, pemancar dan penerima beroperasi secara independen dan bertukar pola bit sinkronisasi pada awal setiap chip pesan (frame). Tidak ada ketergantungan tetap antara satu bingkai pesan dan bingkai pesan berikutnya. Hal ini serupa dengan perangkat komunikasi seperti keyboard komputer, di mana input dapat terjadi dengan jeda yang lama dan acak di antara penekanan tombol.

Beras. 2.13. Transfer data asinkron

Baud rate yang dipilih awalnya menentukan polling rate (kecuali untuk sistem Autobaud). Laju pengambilan sampel saluran pada penerima tinggi, biasanya 16 kali laju bit, untuk menentukan secara akurat pusat pola jam (bit awal) dan durasinya.

Beras. 2.14. Ekstraksi Jam

Bit data kemudian ditentukan oleh penerima dengan melakukan polling pada saluran pada waktu yang sesuai dengan titik tengah setiap bit yang ditransmisikan. Mereka didefinisikan dengan menambahkan for; setiap siklus berikutnya dari nilai durasi bit, dimulai dari pertengahan bit awal. Untuk transmisi serial delapan-bit, polling ini terjadi untuk masing-masing delapan bit data, dengan sampel akhir terjadi pada slot waktu kesembilan. Sampel terakhir digunakan untuk menentukan bit stop dan memastikan bahwa sinkronisasi dipertahankan hingga akhir bingkai pesan. Beras. Gambar 2.15 mengilustrasikan proses penerimaan data asynchronous.

Beras. 2.15. Penerimaan data asinkron

2.4.4. Transmisi sinkron

Di sini, pemancar dan penerima melakukan sinkronisasi awal, kemudian terus menerus mengirimkan data, mempertahankannya sepanjang sesi transmisi. Hal ini dicapai melalui skema pengkodean data khusus, seperti Manchester Encoding, yang memastikan perekaman sinyal jam pemancar secara terus menerus ke dalam aliran data yang dikirimkan. Dengan cara ini, penerima dapat tetap sinkron hingga bit terakhir pesan, yang panjangnya bisa mencapai 4.500 byte (36.000 bit). Hal ini memungkinkan data dalam jumlah besar ditransmisikan secara efisien dengan kecepatan tinggi. Sistem sinkron mengemas banyak simbol bersama-sama dan mengirimkannya dalam aliran berkelanjutan yang disebut blok. Setiap blok memiliki header yang berisi pembatas awal untuk sinkronisasi awal dan informasi blok, dan bagian akhir untuk pemeriksaan kesalahan, dll. Contoh blok transmisi sinkron ditunjukkan pada Gambar 2.16.

Saat pertukaran data pada lapisan fisik, satuan informasinya adalah sedikit, sehingga lapisan fisik selalu menjaga sinkronisasi bit antara penerima dan pemancar.

Lapisan tautan beroperasi pada bingkai data dan menyediakan sinkronisasi tingkat bingkai antara penerima dan pemancar. Tanggung jawab penerima termasuk mengenali awal byte pertama dari frame, mengenali batas-batas bidang frame, dan mengenali akhir frame.

Biasanya cukup memastikan sinkronisasi pada dua level ini - bit dan frame - sehingga pemancar dan penerima dapat memastikan pertukaran informasi yang stabil. Namun, ketika kualitas jalur komunikasi buruk (biasanya ini berlaku untuk saluran dial-up telepon), sarana sinkronisasi tambahan diperkenalkan pada tingkat byte untuk mengurangi biaya peralatan dan meningkatkan keandalan transmisi data.

Mode operasi ini disebut asinkron atau mulai berhenti. Alasan lain untuk menggunakan mode operasi ini adalah adanya perangkat yang menghasilkan byte data pada waktu yang acak. Beginilah cara kerja keyboard layar atau perangkat terminal lainnya, tempat seseorang memasukkan data untuk diproses oleh komputer.

Dalam mode asinkron, setiap byte data disertai dengan sinyal mulai dan berhenti khusus. Tujuan dari sinyal-sinyal ini adalah, pertama, untuk memberi tahu penerima tentang kedatangan data dan, kedua, untuk memberikan waktu yang cukup kepada penerima untuk melakukan beberapa fungsi terkait sinkronisasi sebelum byte berikutnya tiba. Sinyal start mempunyai durasi satu interval clock, dan sinyal stop dapat bertahan selama satu, satu setengah, atau dua periode clock, sehingga dikatakan satu, satu setengah, atau dua bit digunakan sebagai sinyal stop. , meskipun sinyal ini tidak mewakili bit pengguna.

Mode yang dijelaskan disebut asynchronous karena setiap byte dapat sedikit bergeser dalam waktu relatif terhadap bit clock dari byte sebelumnya. Transmisi byte yang tidak sinkron ini tidak mempengaruhi kebenaran data yang diterima, karena pada awal setiap byte, sinkronisasi tambahan antara penerima dan sumber terjadi karena bit "mulai". Toleransi waktu yang lebih “longgar” menentukan rendahnya biaya peralatan sistem asinkron.

Dalam mode transmisi sinkron, tidak ada bit start-stop antara setiap pasangan byte. Data pengguna dikumpulkan ke dalam bingkai, yang didahului dengan byte sinkronisasi. Sinkronisasi byte adalah byte yang berisi kode yang dikenal, seperti 0111110, yang memberitahukan penerima kedatangan bingkai data. Setelah menerimanya, penerima harus melakukan sinkronisasi byte dengan pemancar, yaitu memahami dengan benar awal byte berikutnya dari frame. Terkadang beberapa byte sinkronisasi digunakan untuk menyediakan sinkronisasi yang lebih andal antara penerima dan pemancar. Karena ketika mentransmisikan frame yang panjang, penerima mungkin mengalami masalah dengan sinkronisasi bit, dalam hal ini kode sinkronisasi mandiri digunakan.

Dmitry Ivanov, 10 Desember 2013

Pada artikel ini kita akan berkenalan dengan mode operasi sinkron modul WoodmanUSB. Di sinilah Anda bisa mendapatkan kecepatan transfer data maksimal. Apa perbedaan mendasar antara mode ini dan mode asinkron yang kita bahas sebelumnya? Dalam mode sinkron, selain jalur baca/tulis, jalur jam terpisah juga harus digunakan ( CLK), dan sinyal kontrol untuk membaca dan menulis harus diatur waktunya secara akurat sesuai dengan sinyal jam. Berkat sinkronisasi ini, WoodmanUSB memungkinkan kecepatan transfer data hingga 220 Mbit/s.

Mari kita mulai dengan dasar-dasarnya. Ada beberapa opsi untuk mode sinkron. Pertama-tama, perlu untuk menyorot mode dengan pencatatan jam kerja internal dan eksternal. Dengan pencatatan jam kerja eksternal, sinyal jam disuplai ke jalur CLK modul (berfungsi sebagai input) dari perangkat eksternal. Dengan pencatatan jam kerja internal, modul itu sendiri menghasilkan sinyal jam dan mengeluarkannya ke jalur CLK (berfungsi sebagai keluaran). Perangkat eksternal di-clock oleh sinyal ini. Modul ini dapat menghasilkan dua frekuensi clock: 30 dan 48 MHz.

Sekarang mari kita lihat apa yang perlu dilakukan di tingkat perangkat lunak agar dapat bekerja dengan port PORTB modul dalam mode sinkron. Semuanya sangat sederhana di sini. Anda hanya perlu meneruskan konstanta yang diperlukan ke fungsi tersebut WUSB_SetupPortB()- dan Anda dapat menggunakan fungsi baca/tulis seperti sebelumnya tanpa perubahan apa pun. Pustaka Wusbdrv.dll mendefinisikan tiga konstanta untuk mode sinkron: sync_mode_external_klk - sinyal jam akan bersifat eksternal relatif terhadap modul (disediakan oleh perangkat eksternal pada jalur modul CLK), sync_mode_internal_clk_30mhz - sinyal taktis internal dengan frekuensi 30 MH Lk) dan sync_mode_internal_clk_48mhz - terlalu banyak, hanya frekuensinya 48 MHz.

//SYNC_MODE_EXTERNAL_CLK 0x0C //SYNC_MODE_INTERNAL_CLK_30MHZ 0x14 //SYNC_MODE_INTERNAL_CLK_48MHZ 0x1C WUSB_SetupPortB(SYNC_MODE_INTERNAL_CLK_30MHZ);

Izinkan saya ulangi sekali lagi bahwa bekerja dengan fungsi baca/tulis dalam mode sinkron tidak berbeda dengan apa yang telah dibahas sebelumnya dalam mode asinkron.

Sekarang mari kita lihat diagram waktu yang menggambarkan "hubungan" antara sinyal clock dan sinyal kontrol baca/tulis.

1. Mode sinkron. Membaca data dari modul oleh perangkat eksternal

Tabel 1.1

Tabel 1.2

2. Mode sinkron. Menulis data ke modul dengan perangkat eksternal

Tabel 2.1 Parameter mode sinkron untuk pencatatan jam kerja internal

Parameter	Keterangan	Minimal	Maks
	Periode jam

Tabel 2.2 Parameter mode sinkron dengan pencatatan jam kerja eksternal

Parameter	Keterangan	Minimal	Maks
	Periode jam
	Membaca waktu preset sinyal
	Baca waktu tahan sinyal
	Waktu preset data pada jalur port PORTB
	Waktu penahanan data pada jalur port PORTB

Sekarang mari kita lakukan sedikit tes untuk menggambarkan potensi kecepatan transfer dalam mode sinkron. Mari kita tinggalkan ideologi seperti pada artikel sebelumnya - kita tidak benar-benar memproses data itu sendiri, kita hanya menghasilkan sinyal baca/tulis dan, dalam mode ini, juga sinyal jam. Mari kita tentukan juga subtipe mode sinkron mana yang akan kita gunakan. Saya sarankan menggunakannya dengan clocking internal pada 48 MHz, karena dengan clocking eksternal semuanya menjadi lebih rumit; persyaratan yang agak ketat untuk karakteristik pengaturan waktu harus dipenuhi. Rangkaian perangkat uji ditunjukkan di bawah ini. Seperti dapat dilihat dari gambar, sinyal kontrol baca/tulis bertepatan dengan sinyal jam, yang dalam mode pencatatan jam kerja internal dikeluarkan “di luar” modul melalui jalur CLK.

Kami menggunakan program dari artikel sebelumnya. Satu-satunya perubahan yang perlu dilakukan adalah memanggil fungsi tersebut WUSB_SetupPortB() dengan parameter SYNC_MODE_INTERNAL_CLK_48MHZ. Tangkapan layar hasil tes ditunjukkan di bawah ini.

Saya rasa Anda akan setuju bahwa hasilnya tidak buruk sama sekali. Secara total, kita dapat mengatakan bahwa mode sinkron jauh lebih kompleks dalam implementasi perangkat keras daripada mode asinkron, namun penggunaannya memungkinkan Anda memperoleh kecepatan transfer data maksimum. Kompleksitas implementasi perangkat keras disebabkan oleh kenyataan bahwa pada kenyataannya, untuk mengirimkan data, perlu untuk menganalisis keadaan buffer untuk menghindari kehilangan data ketika meluap; kemudian, perlu untuk membuat kelonggaran karena fakta bahwa perangkat eksternal harus cukup cepat untuk menyediakan karakteristik waktu yang ditentukan dari pembangkitan sinyal kontrol dan sinkronisasinya dengan sinyal jam.

1. Kemunculan dan karakteristik umum mode asinkron

Dalam keadaan stabil normal, mesin sinkron yang dihidupkan untuk operasi paralel beroperasi secara sinkron. Mode sinkron dicirikan oleh fakta bahwa EMF semua mesin listrik memiliki frekuensi yang sama dan, oleh karena itu, vektornya berputar pada kecepatan sudut yang sama (Gambar 1a). Pelanggaran stabilitas menyebabkan mesin berhenti bekerja secara serempak. Dalam hal ini, EMF mesin sinkron yang tidak sinkron berputar relatif terhadap EMF mesin yang beroperasi secara sinkron (1b).

Beras. 1. a – kondisi tunak normal, b – mode asinkron

Pelanggaran stabilitas dapat terjadi akibat hilangnya eksitasi (1), gangguan tajam (2), atau gangguan kecil pada sistem yang kelebihan beban (3).

Gambar 2. Hilangnya eksitasi, gangguan mendadak, pelanggaran stabilitas statis

Dalam sistem yang kompleks, mungkin ada kasus ketika gerakan asinkron yang terjadi di salah satu bagian sistem dapat menyebabkan generator atau sekelompok generator tidak sinkron. Ini adalah kasus 4.

Beras. Stasiun 1 tidak sinkron dan goyangan berikutnya pada stasiun 2 menyebabkan stasiun 2 tidak sinkron.

Dalam mode asinkron, generator memperoleh properti tambahan dari mesin asinkron, karena arus muncul di rotor karena adanya slip. Oleh karena itu, secara sederhana, daya generator sinkron dalam mode asinkron dapat diwakili oleh dua komponen: P s sinkron dan P ac asinkron. Oleh karena itu, turbin dilawan oleh torsi sinkron M c dan torsi asinkron M ac . Tetapi jika tidak ada tegangan yang diberikan pada belitan eksitasi, maka daya sinkron akan menjadi nol, yaitu. Hanya akan ada daya asinkron.

Untuk kasus ketidakstabilan yang dipertimbangkan - dalam 1 kasus generator hanya akan menghasilkan daya asinkron, dan dalam 2,3,4 - baik sinkron maupun asinkron.

Kekuatan generator asinkron, dengan analogi dengan mesin asinkron, dapat ditemukan dengan ekspresi:

di mana r 2 ∑, x s ∑ adalah parameter rangkaian ekivalen mesin asinkron, dengan mempertimbangkan resistansi eksternal sistem.

Ketika slip meningkat, daya asinkron meningkat.

Slip adalah perbedaan kecepatan sudut putaran atau frekuensi listrik yang disebut slip :

ω s =ω 0 - ω 1

dimana ω 0 ω 1 adalah kecepatan sudut putaran EMF mesin listrik (Jika ada satu mesin, maka ω 0 adalah kecepatan vektor tegangan sistem, ω 1 adalah EMF generator).

Mode asinkron dicirikan oleh perubahan periodik sudut antara EMF dari 0 hingga 360, perubahan (ayunan) tegangan, arus, daya aktif dan reaktif. Karena perubahan tersebut bisa sangat signifikan, pengoperasian asinkron dalam EPS bukanlah mode normal dan tidak dapat diterima untuk waktu yang lama.

Ketika δ berubah, daya generator sinkron berubah seiring waktu kira-kira menurut hukum sinusoidal. Untuk ayunan besar, berbeda dengan gerak asinkron, penurunan ketergantungan P=f(t) merupakan karakteristiknya, yang muncul ketika melewati 90. Gerak asinkron ditandai dengan perubahan periodik pada tanda daya sinkron.

Beras. Menuju definisi gerak asinkron

Mari kita pertimbangkan transisi generator ke mode operasi asinkron karena pelanggaran stabilitas dinamis.

Gambar. Transisi ke mode asinkron dari generator sinkron: karakteristik daya dalam mode normal dan asinkron (kurva 1,2); perubahan slip dan torsi asinkron (kurva 3,4)

Biarkan salah satu kabel listrik tiba-tiba mati lalu hidup kembali. Dalam hal ini terjadi peralihan dari ciri 1 ke ciri 2 dan sebaliknya. Tetapi sudut peralihan δ on begitu besar sehingga daerah percepatan f abcd melebihi daerah perlambatan terbesar yang mungkin terjadi f def . Sudut δ melebihi nilai kritis δ cr. Torsi percepatan mulai bekerja pada rotor, menyebabkan peningkatan lebih lanjut pada sudut δ.

Segera setelah kecepatan rotor mulai berbeda dari kecepatan sinkron, slip s muncul, meningkat seiring dengan meningkatnya perbedaan kecepatan. Terjadinya slip menyebabkan munculnya daya asinkron Pac yang semakin meningkat seiring dengan bertambahnya slip.

Ketika kecepatan rotor meningkat, pengatur daya turbin mulai beroperasi, mengurangi Pt.

Pada nilai slip tertentu s ∞ daya turbin akan seimbang dengan daya asinkron rata-rata. P t = P ac (M t = M ac). Kondisi ini menentukan awal dari mode asinkron kondisi tunak (stroke).

Jika tegangan diberikan pada belitan eksitasi, maka selain torsi asinkron dan torsi turbin yang saling menyeimbangkan, torsi sinkron M s juga akan bekerja pada poros generator-turbin. Daya sinkron mempunyai sifat berdenyut, nilai rata-ratanya nol.

Gambar. Mengubah torsi sinkron dan slip dalam mode asinkron

Fluktuasi daya sinkron menyebabkan perubahan berkala pada kecepatan rotor dalam mode asinkron dan, akibatnya, pulsasi slip. Slipnya bervariasi dari s max hingga s min.

Dalam proses transisi yang terjadi ketika stabilitas terganggu, dapat dibedakan tiga tahapan: 1) hilangnya sinkronisme; ayunan sinkron 2) transisi ke mode asinkron 3) mode asinkron kondisi tunak.

Cara pengoperasian mesin sinkron yang paralel dengan jaringan pada kecepatan sinkron disebut sinkronis.

Mari kita perhatikan mesin kutub tidak menonjol yang dihidupkan secara paralel, dengan mengabaikan resistansi aktif fase belitan jangkar ().

Arus belitan jangkar akan sama dengan

Perubahan daya reaktif. Mode kompensator sinkron.

Jika semua kondisi untuk menyalakan generator untuk operasi paralel terpenuhi, arus jangkar adalah nol, mesin beroperasi pada keadaan idle. Jika arus eksitasi generator ditingkatkan setelah sinkronisasi, maka muncul arus yang tertinggal 90 el. memanggil (Gbr. 3.23, a). Mesin akan menyuplai arus induktif dan daya reaktif ke jaringan. Jika arus eksitasi generator dikurangi, maka muncul arus penggerak (Gbr. 3.23, b). Mesin akan menyuplai arus kapasitif ke jaringan dan mengkonsumsi daya reaktif dari jaringan.

Mesin sinkron yang tidak memikul beban resistif dan dibebani arus reaktif disebut kompensator sinkron.

Perubahan daya aktif. Mode generator dan mesin.

Agar mesin yang dihidupkan untuk operasi paralel dapat menghasilkan daya aktif dan beroperasi dalam mode generator, torsi mekanis pada poros perlu ditingkatkan (Gbr. 3.23c). Dalam hal ini timbul arus yang tertinggal. Nilai daya aktif generator adalah

Sebaliknya, jika Anda memperlambat rotor mesin, menimbulkan beban mekanis pada porosnya, maka EMF akan tertinggal di belakang sudut, dan arus akan tertinggal di belakang sudut (Gbr. 3.23, d). Dalam hal ini, daya aktif akan sama, mesin akan beroperasi dalam mode mesin, mengonsumsi daya aktif dari jaringan.