Безкоштовна технічна бібліотека ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Інтерфейс RS-232C. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Комп'ютери Інтерфейс RS-232C призначений для підключення апаратури, що передає або приймає дані (ООД - кінцеве обладнання даних, або АПД - апаратура передачі даних; DTE - Data Terminal Equipment), до кінцевої апаратури каналів даних (АКД; DCE - Data Communication Equipment). У ролі АПД може бути комп'ютер, принтер, плоттер та інше периферійне устаткування. У ролі АКД зазвичай виступає модем. Кінцевою метою підключення є з'єднання двох пристроїв АПД. Повна схема з'єднання наведена на рис. 1; інтерфейс дозволяє виключити канал віддаленого зв'язку разом із парою пристроїв АКД, з'єднавши пристрої безпосередньо за допомогою нуль-модемного кабелю (рис. 2).
Стандарт визначає керуючі сигнали інтерфейсу, пересилання даних, електричний інтерфейс та типи роз'ємів. У стандарті передбачені асинхронний та синхронний режими обміну, але COM-порти підтримують лише асинхронний режим. Функціонально RS-232C еквівалентний стандарту МККТТ V.24/V.28 і стику С2, але вони мають різні назви сигналів. Стандарт RS-232C описує несиметричні передавачі та приймачі - сигнал передається щодо загального дроту - схемної землі (симетричні диференціальні сигнали використовуються в інших інтерфейсах - наприклад, RS-422). Інтерфейс не забезпечує гальванічної розв'язки пристроїв. Логічній одиниці (стан MARK) на вході даних (сигнал RxD) відповідає діапазон напруги від -12 до -3; логічного нуля - від +3 до +12 (стан SPACE). Для входів сигналів керування станом ON ("включено") відповідає діапазон від +3 до +12 В, станом OFF ("вимкнуто") - від -12 до -3 В. Діапазон від -3 до +3 В - зона нечутливості, що обумовлює гістерезис приймача: стан лінії вважатиметься зміненим лише після перетину порога (рис. 3). Рівні сигналів на виходах передавачів повинні бути в діапазонах від -12 до -5 В і від +5 до +12 В. Різниця потенціалів між схемними землями (SG) пристроїв, що з'єднуються, повинна бути менше 2 В, при більш високій різниці потенціалів можливе неправильне сприйняття сигналів . Зауважимо, що сигнали рівнів ТТЛ (на входах та виходах мікросхем UART) передаються у прямому коді для ліній TxD та RxD та в інверсному – для всіх інших. Інтерфейс передбачає наявність захисного заземлення для пристроїв, що з'єднуються, якщо вони обидва живляться від мережі змінного струму і мають мережеві фільтри. Увага!
Підключення та вимкнення інтерфейсних кабелів пристроїв з автономним живленням повинно здійснюватися при вимкненому живленні. Інакше різниця невирівняних потенціалів пристроїв у момент комутації може виявитися прикладеною вихідним або вхідним (що небезпечніше) ланцюгам інтерфейсу та вивести з ладу мікросхеми. Стандарт RS-232C регламентує типи застосовуваних роз'ємів. На апаратурі АПД (у тому числі на COM-портах) прийнято встановлювати вилки DB-25P або компактніший варіант - DB-9P. Дев'ятиштиркові роз'єми не мають контактів для додаткових сигналів, необхідних для синхронного режиму (у більшості 25-штиркових роз'ємах ці контакти не використовуються). На апаратурі АКД (модемах) встановлюють розетки DB-25S чи DB-9S. Це правило передбачає, що роз'єми АКД можуть підключатися до роз'ємів АПД безпосередньо або через перехідні "прямі" кабелі з розеткою та вилкою, у яких контакти з'єднані "один в один". Перехідні кабелі можуть бути і перехідниками з 9 на 25-штиркові роз'єми (рис. 4). Якщо апаратура АПД з'єднується без модемів, то роз'єм пристроїв (вилки) з'єднуються між собою нуль-модемним кабелем (Zero-modem, або Z-modem), що має на обох кінцях розетки, контакти яких з'єднуються перехресно по одній зі схем, наведених на рис. 5.
Якщо на будь-якому пристрої АПД встановлена розетка - це майже 100% того, що до іншого пристрою він повинен підключатися прямим кабелем, аналогічним кабелю підключення модему. Розетка встановлюється зазвичай на тих пристроях, у яких віддалене підключення через модем не передбачено. У табл. 1 наведено призначення контактів роз'ємів COM-портів (і будь-якої іншої апаратури передачі АПД). Контакти роз'єму DB-25S визначені стандартом EIA/TIA-232-E, роз'єм DB-9S описаний стандартом EIA/TIA-574. У модемів (АКД) назва ланцюгів і контактів така сама, але ролі сигналів (вхід-вихід) змінюються на протилежні. Таблиця 1. Роз'єми та сигнали інтерфейсу RS-232C
1 Стрічковий кабель 8-бітових мультикарт. 2 Стрічковий кабель 16-бітових мультикарт та портів на системних платах. 3 Варіант стрічкового кабелю портів на системних платах. 4 Широкий стрічковий кабель до 25-контактного гнізда. Підмножина сигналів RS-232C, які стосуються асинхронного режиму, розглянемо з погляду COM-порта PC. Для зручності будемо користуватися мнемонікою назв, прийнятою в описах COM-портів та більшості пристроїв (вона відрізняється від безликих позначень RS-232 та V.24). Нагадаємо, що активному стану керуючих сигналів ("включено") і нульовому значенню біта даних, що передаються відповідає позитивний потенціал (вище +3 В) сигналу інтерфейсу, а стану "вимкнено" і одиничному біту - негативний (нижче -3 В). Призначення сигналів інтерфейсу наведено у табл. 2. Нормальну послідовність керуючих сигналів для підключення модему до COM-порту ілюструє рис. 6. Таблиця 2. Призначення сигналів інтерфейсу RS-232C
З розгляду цієї послідовності стають зрозумілими сполуки DTR-DSR та RTS-CTS у нуль-модемних кабелях. Асинхронний режим передачі Асинхронний режим передачі є байт-орієнтованим (символьно-орієнтованим): мінімальна одиниця інформації, що пересилається, - один байт (один символ). Формат посилки байта ілюструє рис. 7. Передача кожного байта починається зі старт-біта, що сигналізує приймачеві про початок посилки, за яким слідують біти даних і, можливо, біт парності (Parity). Завершує посилку стоп-біт, що гарантує паузу між посилками. Старт-біт наступного байта посилається будь-якої миті після стоп-біта, тобто між передачами можливі паузи довільної тривалості. Старт-біт, що має суворо певне значення (логічний 0), забезпечує простий механізм синхронізації приймача по сигналу від передавача. Мається на увазі, що приймач та передавач працюють на одній швидкості обміну. Внутрішній генератор синхронізації приймача використовує лічильник-дільник опорної частоти, що обнулюється в момент прийому початку старт-біту. Цей лічильник генерує внутрішні строби, якими приймач фіксує наступні біти. В ідеалі строби розташовуються в середині бітових інтервалів, що дозволяє приймати дані при незначному неузгодженні швидкостей приймача і передавача. Вочевидь, що з передачі 8 біт даних, одного контрольного і одного стоп-бита гранично допустиме неузгодженість швидкостей, у якому дані розпізнаються правильно, неспроможна перевищувати 5 %. З урахуванням фазових спотворень та дискретності роботи внутрішнього лічильника синхронізації реально припустимо менше відхилення частот. Чим менший коефіцієнт поділу опорної частоти внутрішнього генератора (що вище частота передачі), то більше вписувалося похибка прив'язки стробів до середини бітового інтервалу, і вимоги до узгодженості частот стають суворіші. Чим вище частота передачі, тим більший вплив спотворень фронтів на фазу сигналу. Взаємодія цих факторів призводить до підвищення вимог до узгодженості частот приймача та передавача зі зростанням частоти обміну.
Формат асинхронної посилки дає змогу виявляти можливі помилки передачі. Формат асинхронної посилки дає змогу виявляти можливі помилки передачі.
Для асинхронного режиму прийнято ряд стандартних швидкостей обміну: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600 та 115200 біт Іноді замість одиниці виміру "біт/с" використовують "бод" (baud), але при розгляді двійкових сигналів, що передаються, це некоректно. У бодах прийнято вимірювати частоту зміни стану лінії, а при недвійковому способі кодування (широко застосовується в сучасних модемах) каналі зв'язку швидкості передачі біт (біт/с) і зміни сигналу (бод) можуть відрізнятися в кілька разів. Кількість біт даних може становити 5, 6, 7 або 8 (5- та 6-бітні формати поширені незначно). Кількість стоп-біт може бути 1, 1,5 або 2 ("півтора біта" означає лише тривалість стопового інтервалу). Управління потоком даних Для управління потоком даних (Flow Control) можуть використовуватися два варіанти протоколу – апаратний та програмний. Іноді керування потоком плутають із квитуванням. Квітування (handshaking) має на увазі посилку повідомлення про отримання елемента, тоді як управління потоком передбачає посилку повідомлення про можливість чи неможливість наступного прийому даних. Найчастіше керування потоком ґрунтується на механізмі квитування. Апаратний протокол керування потоком RTS/CTS (hardware flow control) використовує сигнал CTS, який дозволяє зупинити передачу даних, якщо приймач не готовий до прийому (рис. 8). Передавач "випускає" черговий байт лише за умови включеної лінії CTS. Байт, який почав передаватися, затримати сигналом CTS неможливо (це гарантує цілісність посилки). Апаратний протокол забезпечує найшвидшу реакцію передавача на стан приймача. Мікросхеми асинхронних приймачів мають не менше двох регістрів у приймальній частині - зсувний, для прийому чергової посилки, і зберігає, з якого зчитується прийнятий байт. Це дозволяє реалізувати обмін апаратним протоколом без втрати даних.
Апаратний протокол зручно використовувати при підключенні принтерів та плотерів, якщо вони його підтримують. При безпосередньому (без модемів) з'єднанні двох комп'ютерів апаратний протокол вимагає перехресного з'єднання ліній RTS-CTS. При безпосередньому з'єднанні у передавального терміналу повинен бути забезпечений стан "включено" на лінії CTS (з'єднанням власних ліній RTS - CTS), інакше передавач буде "мовчати". Застосовувані в IBM PC приймачі 8250/16450/16550 сигнал CTS апаратно не відпрацьовують, а тільки показують його стан в регістрі MSR. Реалізація протоколу RTS/CTS доручається драйвер BIOS Int 14h, і називати його " апаратним " не дуже коректно. Якщо ж програма, що користується COM-портом, взаємодіє з UART лише на рівні регістрів (а чи не через BIOS), обробкою сигналу CTS підтримки цієї протоколу вона займається сама. Ряд комунікаційних програм дозволяє ігнорувати сигнал CTS (якщо не використовується модем), і їм не потрібно з'єднання входу CTS з виходом навіть свого сигналу RTS. Однак існують інші прийомопередавачі (наприклад, 8251), в яких сигнал CTS відпрацьовується апаратно. Для них, а також для "чесних" програм використання сигналу CTS на роз'ємах (а то і на кабелях) обов'язково. Програмний протокол управління потоком XON/XOFF передбачає наявність двонаправленого каналу передачі. Працює протокол наступним чином: якщо пристрій, що приймає дані, виявляє причини, з яких воно не може їх приймати далі, воно по зворотному послідовному каналу посилає байт-символ XOFF (13h). Протилежний пристрій, прийнявши цей символ, зупиняє передачу. Коли пристрій знову стає готовим до прийому даних, він посилає символ XON (11h), прийнявши який протилежний пристрій відновлює передачу. Час реакції передавача на зміну стану приймача порівняно з апаратним протоколом збільшується принаймні на час передачі символу (XON або XOFF) плюс час реакції програми передавача на прийом символу (рис. 9). З цього випливає, що дані без втрат можуть прийматися тільки приймачем, який має додатковий буфер даних і сигналізує про неготовність заздалегідь (маючи в буфері вільне місце).
Перевага програмного протоколу полягає у відсутності необхідності передачі керуючих сигналів інтерфейсу - мінімальний кабель для двостороннього обміну може мати лише 3 дроти (див. рис. 5, а). Недоліком, крім обов'язкової наявності буфера і більшого часу реакції (що знижує загальну продуктивність каналу через очікування сигналу XON) є складність реалізації повнодуплексного режиму обміну. У цьому випадку з потоку даних повинні виділятися (і оброблятися) символи управління потоком, що обмежує набір символів, що передаються. Крім цих двох поширених стандартних протоколів, які підтримуються і ПУ, і ОС, існують інші. Публікація: cxem.net Дивіться інші статті розділу Комп'ютери. Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті. Останні новини науки та техніки, новинки електроніки: Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
Інші цікаві новини: ▪ Міцні будівельні блоки з водоростей ▪ Нанодрот замість жорсткого диска ▪ Освіта на третину знижує ризик інфаркту Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки
Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки: ▪ Розділ сайту Особистий транспорт: наземний, водний, повітряний. Добірка статей ▪ стаття Густав Клімт. Знамениті афоризми ▪ стаття Що таке санний спорт? Детальна відповідь ▪ стаття Лісі. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Звуковий пробник-омметр. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Блок живлення із таймером. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Залишіть свій коментар до цієї статті: All languages of this page Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт www.diagram.com.ua |