Протокол RS-232C

Сом-Порт

Послідовний інтерфейс для передачі даних в одному напрямі використовує одну сигнальну лінію, по якій інформаційні біти передаються один за одним — послідовно. Англійські назви інтерфейсу і порту — Serial Interface і Serial Port. Послідовна передача дозволяє скоротити кількість сигнальних ліній і добитися поліпшення зв'язку на великих відстанях.

Починаючи з першими моделями, в PC є послідовний інтерфейс - Сом-порт (Communications Port — комунікаційний порт). Цей порт забезпечує асинхронний обмін за стандартом RS-232C. Синхронний обмін в PC підтримують лише спеціальні адаптери, наприклад SDLC або V.35. Сом-порти реалізуються на мікросхемах універсальних асинхронних приймачів-передавач, сумісних з сімейством 18250/16450/16550. Вони займають в просторі введення-виведення по 8 суміжних 8-бітових регістрів і можуть розташовуватися за стандартними базовими адресами:

3F8h (COM1), 2F8h (COM2), 3E8h (COM3), 2E8h (COM4).

Порти можуть виробляти апаратні переривання IRQ4 (звичайно використовуються для СОМ1 і COM3) і IRQ3 (для COM2 і COM4). Із зовнішньої сторони порти мають лінії послідовних даних передачі і прийому, а також набір сигналів управління і стану, відповідний стандарту RS-232C. Сом-порти мають зовнішні роз'єми-вилки DB25P або DB9P, виведені на задню панель комп'ютера. Характерною особливістю інтерфейсу є застосування не ТТЛ-сигналів — всі зовнішні сигнали порту дво-полярні. Гальванічна розв'язка відсутня — схемна земля пристрою, що підключається, з'єднується з схемною землею комп'ютера. Швидкість передачі може досягати 115,2 Кбіт/сек.

Назва порту указує на його основне призначення — підключення комунікаційного устаткування (наприклад, модему) для зв'язку з іншими комп'ютерами, мережами і периферійними пристроями. До порту можуть безпосередньо підключатися і периферійні пристрої з послідовним інтерфейсом: принтери, плоттери, термінали і ін. Сом-порт широко використовується для підключення миші, а також організації безпосереднього зв'язку двох комп'ютерів. До Сом-порту підключають і електронні ключі.

В даний час пристрої, які традиційно використовують Сом-порт, рекомендується перекладати на послідовні шини USB і Fire Wire.

1.2. Інтерфейс RS-232C

Стандарт RS-232C описує несиметричні передавачі і приймачі — сигнал передається щодо загального проводу — схемної землі (симетричні диференціальні сигнали використовуються в інших інтерфейсах — наприклад, RS-422). Інтерфейс не забезпечує гальванічної розв'язки пристроїв. Логічній одиниці відповідає напруга на вході приймача в діапазоні -12...-3 В. Логічному нулю відповідає діапазон +3...+12 В. Діапазон -3...+3 В — зона нечутливості, що обумовлює гістерезис приймача: стан лінії вважатиметься зміненим тільки після перетину порогу. Рівні сигналів на виходах передавачів повинні бути в діапазонах -12...-5 В і +5...+12 В для представлення одиниці і нуля відповідно.

Логічний 0

Логічна 1 0 Uвх

-12В +3 В +12В

-3В

Рис 13.1. Рівні напруги і логічний сигнал

Інтерфейс припускає наявність захисного заземлення для пристроїв, що сполучаються, якщо вони обидва живляться від мережі змінного струму і мають мережні фільтри.

Підключення і відключення інтерфейсних кабелів пристроїв з автономним живленням повинне проводитися при відключеному живленні. Інакше різниця невирівняних потенціалів пристроїв у момент комутації може виявитися прикладеною до вихідних або вхідних (що небезпечно) ланцюгів інтерфейсу і вивести з ладу мікросхеми.

В табл. 13.1 приведено призначення контактів роз'ємів Сом-портів (і будь-якої іншої апаратури передачі даних ). У модемів назва ланцюгів і контактів така ж, але ролі сигналів (вхід-вихід) міняються на протилежні.

Таблиця 13.1. Роз'єми і сигнали інтерфейсу RS-232C

Позначення ланцюга

Контакт роз'єму

№ Проводи кабелю виводу роз'єму PC

Напрям

Сом-Порт

RS-232

V.24 Стик 2

DB-25P DB-9P

44

I/O

PG

АА

(10)

(10)

(10)

-

SG

АВ

-

TD

ВА

О

RD

ВВ

I

RTS

СА

О

CTS

св

I

DSR

cc

I

DTR

CD

108/2

О

DCD

CF

I

RI

С

I

¹ Стрічковий кабель 8-бітових мультикарт.

² Стрічковий кабель 16-бітових мультикарт і портів на системній платі.

³Варіант стрічкового кабелю портів на системній платі.

⁴Широкий стрічковий кабель до 25-контактного роз'єму.

Підмножина сигналів RS-232C, що відносяться до асинхронного режиму, розглянемо з погляду Сом-порту PC. Для зручності користуватимемося мнемонікою назв, прийнятою в описах Сом-портів і більшості пристроїв (вона відрізняється від безликих позначень RS-232 і V.24). Призначення сигналів інтерфейсу приведено в табл. 13.2.

Таблиця 13.2. Призначення сигналів інтерфейсу RS-232C

Сигнал	Призначення
PG	Protected Ground — захисна земля, з'єднується з корпусом пристрою і екраном кабелю
SG	Signal Ground — сигнальна (схемна) земля, щодо якої діють рівні сигналів
TD	Transmit Data — послідовні дані — вихід передавача
RD	Receive Data — послідовні дані — вхід приймача
RTS	Request To Send — вихід запиту передачі даних: стан «включений» повідомляє модем про наявність у терміналу даних для передачі. В напівдуплексному режимі використовується для управління напрямом — стан «включений» служить сигналом модему на перемикання в режим передачі
CTS	Clear To Send — вхід дозволу терміналу передавати дані. Стан «вимкнений» забороняє передачу даних. Сигнал використовується для апаратного управління потоками даних
DSR	Data Set Ready — вхід сигналу готовності від апаратури передачі даних (модем в робочому режимі підключений до каналу і закінчив дії за узгодженням з апаратурою на протилежному кінці каналу)
DTR	Data Terminal Ready — вихід сигналу готовності терміналу до обміну даними. Стан «включений» підтримує комутований канал в стані з'єднання
DCD	Data Carrier Detected — вхід сигналу виявлення несучої видаленого модему
RI	Ring Indicator — вхід індикатора виклику (дзвінка). В комутованому каналі цим сигналом модем сигналізує про ухвалення виклику

Нормальна послідовність управляючих сигналів для випадку підключення модему до Сом-порту приведена на мал. 13.3. Нагадаємо, що позитивному рівню відповідає логічний стан «вимкнено», а негативному — включено.

Рис.13.3.Послідовність управляючих сигналів інтерфейсу RS-232C

Зміст цієї послідовності управляючих сигналів наступний:

1. Установкою сигналу DTR комп'ютер вказує на бажання використовувати модем.

2. Установкою сигналу DSR модем сигналізує про свою готовність до встановлення з'єднання.

3. Сигналом RTS комп'ютер запрошує дозвіл на передачу і заявляє про свою готовність приймати дані від модему.

4. Сигналом CTS модем повідомляє про свою готовність до прийому даних від комп'ютера і передачі їх в лінію.

5. Зняттям сигналу CTS модем сигналізує про неможливість подальшого прийому (наприклад, буфер заповнений) — комп'ютер повинен припинити передачу даних.

6. Відновленням сигналу CTS модем дозволяє комп'ютеру продовжити передачу (в буфері з'явилося місце).

7. Зняття сигналу RTS може означати як заповнення буфера комп'ютера (модем повинен припинити передачу даних в комп'ютер), так і відсутність даних для передачі в модем. Звичайно в цьому випадку модем припиняє пересилку даних в комп'ютер.

8. Модем підтверджує зняття сигналу RTS скиданням сигналу CTS.

9. Комп'ютер повторно встановлює сигналу RTS для відновлення передачі.

10. Модем підтверджує готовність до цих дій.

11. Комп'ютер вказує на завершення обміну.

12. Модем відповідає підтвердженням.

13. Комп'ютер знімає сигналу DTR, що звичайно є сигналом на розрив з'єднання («повісити трубку»).

14. Модем скиданням сигналу DSR повідомляє про розрив з'єднання.

При асинхронній передачі кожному байту передує старт-біт, що сигналізує приймачу про початок посилки, за яким слідують біти даних і, можливо, біт паритету (парності). Завершує посилку стоп-біт, гарантуючий паузу між посилками (мал. 13.4). Старт-біт наступного байта посилається у будь-який момент після стоп-біта, тобто між передачами можливі паузи довільної тривалості. Старт-біт, що має завжди строго певне значення (логічний 0), забезпечує простий механізм синхронізації приймача по сигналу від передавача. Мається на увазі, що приймач і передавач працюють на одній швидкості обміну.

При асинхронній передачі кожному байту передує старт-біт, що сигналізує приймачу про початок посилки, за яким слідують біти даних і, можливо, біт паритету (парності). Завершує посилку стоп-біт, гарантуючий паузу між посилками (мал. 13.4). Старт-біт наступного байта посилається у будь-який момент після стоп-біта, тобто між передачами можливі паузи довільної тривалості.

Мал. 13.4. Формат асинхронної передачі

Старт-біт, що має завжди строго певне значення (логічний 0), забезпечує простий механізм синхронізації приймача по сигналу від передавача. Мається на увазі, що приймач і передавач працюють на одній швидкості

Формат асинхронної посилки дозволяє виявляти можливі помилки передачі: помилковий старт-біт, втрачений стоп-біт, помилку паритету. Контроль формату дозволяє знаходити обрив лінії: при цьому приймаються логічний нуль, який спочатку потрактує як старт-біт і нульові біти даних, потім спрацьовує контроль стоп-біта.

Для асинхронного режиму прийнятий ряд стандартних швидкостей обміну: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19 200, 38 400, 57 600 і 115 200 біт/с. Іноді замість одиниці вимірювання «біт/с» використовують «бод» (baud), але при розгляді двійкових передаваних сигналів це некоректно.

В бодах прийнято виміряти частоту зміни сигналу стану лінії, а при недвійковому способі кодування в каналі зв'язку швидкості передачі біт (біт/с) і зміни сигналу (бод) можуть відрізнятися у декілька разів.

Кількість біт даних може складати 5, 6, 7 або 8 (5- і 6-бітові формати поширеніші трохи). Кількість стоп-біт може бути 1, 1,5 або 2 («півтора біта» означає тільки тривалість стопового інтервалу).

Асинхронний режим є байт-орієнтованим (символьно-орієнтованим) — мінімальна одиниця інформації, що пересилається, — байт (символ). На відміну від нього синхронний режим (не підтримуваний Сом-портами) є біт-орієнтованим — кадр, що пересилається по ньому, може мати довільну кількість біт.

1.3. Застосування Сом-портів

Сом-порт широко застосовується для підключення різних периферійних і комунікаційних пристроїв, зв'язки з технологічним устаткуванням, об'єктами управління і спостереження, програматорами, внутрішньосхемними емуляторами і іншими пристроями через протокол RS-232C.

Сом-порт може функціонувати і як двонаправлений інтерфейс, у якого є

3 программно-керованих вихідних лінії і

4 програмно-читаної вхідної лінії з двополярними сигналами.

Їх використовування визначається розробником. Існує, наприклад, схема однобітового широтно-імпульсного перетворювача, що дозволяє записувати звуковий сигнал на диск PC, використовуючи вхідну лінію Сом-порту. Відтворення цього запису через звичайний динамік PC дозволяє передати мову.

Безпосереднє підключення пристроїв

а). Маніпулятор миша.

Сом-порти частіше за все застосовують для підключення маніпуляторів (миша, трекбол). В цьому випадку порт використовується в режимі послідовного введення. Миша з послідовним інтерфейсом — Serial Mouse — може підключатися до будь-якого справного порту. Для узгодження роз'ємів порту і миші можливо застосування перехідніка DB-9S-DB-25P або DB-25S-DB-9P. Для миші потрібне переривання, для порту С0М1 — IRQ4, для COM2 — IRQ3. Те, що для роботи миші порту С0М1 потрібне переривання IRQ4, є особливістю її драйвера, але для користувача важливий сам факт обмеження. Кожна подія — переміщення миші або натиснення-відпуск кнопки — кодується двійковою посилкою по інтерфейсу RS-232C. Застосовується асинхронна передача; двополярне живлення забезпечується від управляючих ліній інтерфейсу.

б). Зовнішній модем.

Для підключення зовнішніх модемів потрібен повний (9-жильний) кабель АПД-АКД, схема якого приведена на мал. 13.5. Цей же кабель використовується для узгодження роз'ємів (по кількості контактів); можливо застосування перехідників 9-25, призначених для мишей. Для роботи комунікаційного ПО звичайно потрібні переривання, але тут є свобода вибору номера (адреси) порту і лінії переривання. Якщо передбачається робота на швидкостях 9600 біт/с і вище, то Сом-порт повинен бути реалізований на мікросхемі UART 16550A або сумісної. Можливості роботи за допомогою FIFO-буферів і обміну по каналах DMA залежать від комунікаційного ПО.

в). Зв'язок комп'ютерів.

Для зв'язку двох комп'ютерів, віддалених один від одного на невелику відстань, використовують і безпосереднє з'єднання їх Сом-портів нуль-модемним кабелем (мал. 13.6). Програми MS-DOS типу Norton Commander і Interlnk дозволяють обмінюватися файлами з швидкістю до 115,2 Кбіт/с без застосування апаратних переривань.

Мал. 13.5. Кабелі підключення модемів

Рис 13.6 Нуль-модемний кабель а) – мінімальний, б) – повний.

Перетворення послідовних інтерфейсів

На фізичному рівні послідовний інтерфейс має різні реалізації, що розрізняються способом передачі електричних сигналів. Існує ряд міжнародних стандартів, споріднених RS-232C. На мал. 13.7 приведені схеми з'єднання їх приймачів і передавачів, а також показані обмеження на довжину лінії (L) і максимальну швидкість передачі даних (V). Несиметричні лінії інтерфейсів RS-232C і RS-423A мають найнижчу захищеність від синфазної перешкоди. Кращі параметри має двоточковий інтерфейс RS-422A і його магістральний (шинний) аналог RS-485, що працює на симетричних лініях зв'язку. В них для передачі кожного сигналу використовуються диференціальні сигнали з окремою (витий) парою проводів для кожного сигнального ланцюга. Оскільки логічно ці інтерфейси споріднені, можливо застосування нескладних перетворювачів сигналів, що забезпечують перехід від одного інтерфейсу до іншого.

	Двонаправленна передача

Мал. 13.7. Стандарти послідовних інтерфейсів

У вище перелічених стандартах сигнал представляється потенціалом. Існують послідовні інтерфейси, де інформативний струм, що протікає по загальному ланцюгу передавач-приймач — «струмова петля» і MIDI

«Струмова петля» є поширеним варіантом послідовного інтерфейсу. В ній електричним сигналом є не рівень напруги щодо загального проводу, а струм в двохпроводній лінії, що сполучає приймач і передавач. Логічній одиниці (стану «включено») відповідає струм 20 мА, а логічному нулю — відсутність струму. Таке представлення сигналів для вищеописаного формату асинхронної посилки дозволяє знайти обрив лінії — приймач помітить відсутність стоп-біта (обрив лінії діє як постійний логічний нуль).

Струмова петля звичайно припускає гальванічну розв'язку вхідних ланцюгів приймача від схеми пристрою. При цьому джерелом струму в петлі є передавач (цей варіант називають активним передавачем). Можливо і живлення від приймача (активний приймач), при цьому вихідний ключ передавача може бути також гальванічно розв'язаний з рештою схеми передавача. Існують спрощені варіанти без гальванічної розв'язки, але це вже вироджений випадок інтерфейсу.

Струмова петля з гальванічною розв'язкою дозволяє передавати сигнали на відстані до декількох кілометрів. Відстань визначається опором пари проводів і рівнем перешкод. Оскільки інтерфейс вимагає пари проводів для кожного сигналу, звичайно використовують тільки два сигнали інтерфейсу. У разі двонаправленого обміну застосовуються тільки сигнали передаваних і приймаються даних, а управління потоком реалізується програмним методом. Якщо двонаправлений обмін не потрібен, займають одну лінію даних, а для управління потоком зворотна лінія задіюється для сигналу CTS (апаратний протокол) або стрічної лінії даних (програмний протокол). При належному ПО однією струмовою петлею можна забезпечити двонаправлений напівдуплексний зв'язок двох пристроїв. При цьому кожний приймач «чує» як сигнали передавача на протилежній стороні каналу, так і сигнали свого передавача. Вони розцінюються комунікаційними пакетами просто як ехо-сигнал. Тому для безпомилкового прийому передавачі повинні працювати почерзі

2. Модеми

Для передачі даних на великі відстані (в межах всього світу) відвіку використовують телефонні мережі загального користування (ТФОП). Проте для безпосередньої передачі цифрових даних звичайні аналогові телефонні мережі непридатні — потрібні модеми на сторонах обох абонентів.

Модем (модулятор-демодулятор) служить для передачі інформації на великі відстані, неприступні локальним мережам, з використанням виділених і комутованих телефонних ліній. Модулятор що поступає від комп'ютера двійкову інформацію перетворить в аналогові сигнали з частотною і (або) фазовою модуляцією, спектр яких відповідає смузі пропускання звичайних голосових телефонних ліній. Демодулятор з цього сигналу витягує закодовану двійкову інформацію і передає її в приймаючий комп'ютер.

Факс-модем (fax-modem) дозволяє передавати і приймати зображення факсиміле, сумісні із звичайними факс-машинами. Передача факсів також має на увазі передачу цифрових даних, хоча «цифра» не видна кінцевим користувачам: факс-машина сканує зображення, оцифровує його (1 біт на крапку), стискає дані і через модем передає в телефонну лінію. На приймальній стороні виконуються зворотні перетворення. Факс-модем працює аналогічно, тільки замість сканування його програмна підтримка приймає графічні або текстові дані від інших програм. Прийняті факси оформляються у вигляді файлів графічних форматів, доступних додаткам для подальшої обробки або друку.

Сучасні модеми мають ряд додаткових можливостей, що розширюють сферу їх застосування. Голосовий модем (voice modem) здатний перетворювати звуковий сигнал в цифровий вигляд, в якому він передається по лінії зв'язку. На приймальній стороні виконуються зворотні перетворення. Аудіосигнал стискається, наприклад, по методу ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation — адаптивна диференціальна імпульсно-кодова модуляція, АДІКМ).

Модеми під час сеансу зв'язку можуть працювати в сімплексному, дуплексному або напівдуплексному режимі. Для підвищення ефективної швидкості використовуються різні методи стиснення інформації, реалізовувані як самими модемами, так і комунікаційним ПО.

2.1. Конструкції модемів

ІТЛ ДС СОС СП

Дата добавления: 2014-01-07