Последовательный интерфейс RS-232 в командно - ин-

Последовательный интерфейс RS-232 в командно - ин-

формационной сети

RS-232 (Recommended Standard – рекомендуемый стандарт номер 232) – это

стандартный интерфейс для последовательной передачи данных, поддерживаю-

щий асинхронную связь. Стандарт RS-232 был разработан рядом крупных про-

мышленных корпораций и опубликован Ассоциацией электронной промышлен-

ности США (Electronic Industries Association – EIA). Международный союз элек-

тросвязи ITU-T использует аналогичные рекомендации под названием V.24

и V.28. Интерфейс RS-232 обеспечивает соединение двух устройств, одно из

которых называется DTE (Data Terminal Equipment –оконечное оборудование

данных) и второе – DCE (Data Communications Equipment – оборудование пере-

дачи данных). Предполагалось, что DTE – это компьютер, а DCE – это модем.

Интерфейс RS-232 предназначен для подключения к компьютеру стандартных

внешних устройств (принтера, сканера, модема, мыши и др.), а также для связи с

другим компьютером или контроллером через аналоговый канал связи с исполь-

зованием модема и в настоящее время используется в самых различных прило-

жениях.

Обозначения DTE и DCE используются в названиях сигналов интерфейса и

помогают ориентироваться в описании конкретной реализации.

Формат передаваемых данных показан на рис. 7.2. Данные в RS-232C пере-

даются в последовательном коде побайтно. Каждый байт обрамляется стартовым

и стоповыми битами. Данные могут передаваться как в одну, так и в другую сто-

рону (дуплексный режим).

Получив стартовый бит, приемник выбирает из линии биты данных через оп-

ределенные интервалы времени. Очень важно, чтобы тактовые частоты прием-

ника и передатчика были одинаковыми, допустимое расхождение не более 10%.

Все сигналы RS-232C передаются специально выбранными уровнями, обес-

печивающими высокую помехоустойчивость связи. Отметим, что данные пере-

даются в инверсном коде (логической единице соответствует низкий уровень,

логическому нулю – высокий уровень).

Рис.7.2. Формат передаваемых данных RS-232C

Уровни напряжения на разъемах линий связи составляют –15,…, – 3 вольта

(низкий уровень) и +3,…, +15 вольта (высокий уровень). Промежуток от –3 до

+3 вольт составляет зону неопределенности

Последовательная передача данных означает, что данные передаются по

единственной линии. При этом биты байта данных передаются по очереди с ис-

пользованием одного провода. Для синхронизации группе битов данных обычно

предшествует специальный стартовый бит, после группы битов следуют бит

проверки на четность и один или два стоповых бита. Иногда бит проверки на

четность может отсутствовать.

Из рисунка видно, что исходное состояние линии последовательной передачи

данных – высокий уровень (Mark – лог.1). Когда начинается передача данных,

уровень линии переходит в низкий уровень (Space – лог.0). Если линия находит-

ся в таком состоянии больше определенного времени, считается, что произошел

сброс и линия перешла в состояние разрыва связи – Break.

Стартовый бит (Start bit) сигнализирует о начале передачи данных. Далее пе-

редаются биты данных, вначале младшие, затем старшие.

Если используется бит четности, то передается и он. Бит четности имеет та-

кое значение, чтобы в пакете битов общее количество единиц (или нулей) было

четно или нечетно, в зависимости от установки регистров порта. Этот бит слу-

жит для обнаружения ошибок, которые могут возникнуть при передаче данных

из-за помех на линии. Приемное устройство заново вычисляет четность данных

и сравнивает результат с принятым битом четности. Если четность не совпала,

то считается, что данные переданы с ошибкой. Конечно, такой алгоритм не дает

стопроцентной гарантии обнаружения ошибок. Так, если при передаче данных

изменилось четное число битов, то четность сохраняется, и ошибка не будет об-

наружена. Поэтому на практике применяют более сложные методы обнаружения

ошибок.

В самом конце передаются один или два стоповых бита (Stop bits), завер-

шающих передачу байта. Затем до прихода следующего стартового бита линия

снова переходит в состояние Mark.

Использование бита четности, стартовых и стоповых битов определяет фор-

мат передачи данных. Очевидно, что передатчик и приемник должны использо-

вать один и тот же формат данных, иначе обмен будет невозможен.

Другая важная характеристика – скорость передачи данных. Она также

должна быть одинаковой для передатчика и приемника.

Интерфейс RS-232 соединяет два устройства. Линия передачи первого уст-

ройства соединяется с линией приема второго и наоборот (полный дуплекс) Для

управления соединенными устройствами используется программное подтвер-

ждение (введение в поток передаваемых данных соответствующих управляющих

символов). Возможна организация аппаратного подтверждения путем организа-

ции дополнительных RS-232 линий для обеспечения функций определения ста-

туса и управления. Скорость передачи до 115 Кбод на расстояние до 15 м.

Компьютер имеет 25-контактный (DB25P) или 9-контактный (DB9P) разъем

для подключения интерфейса RS-232. Назначение контактов для 9-контактного

разъема приведено в табл. 7.5.

Для передачи данных предназначены линии RхD и TхD. Остальные линии

предназначены для индикации состояния устройств, участвующих в обмене дан-

ными (DTR, DSR), для управления передачей (RTS, CTS) и для индикации со-

стояния линии (CD, RI). Полный набор линий используется только для подклю-

чения к компьютеру внешнего модема. В остальных случаях, например, при

подключении к компьютеру контроллера системы управления, используется ог-

раниченный набор линий, зависящий от аппаратной и программной реализации

стыка в контроллере.

Назначение сигналов следующее:

- TxD – данные, передаваемые компьютером в последовательном коде (логи-

ка отрицательная).

- RxD – данные, принимаемые компьютером в последовательном коде (логи-

ка отрицательная).

- RTS – сигнал запроса передачи. Активен в течение времени передачи.

- CTS – сигнал сброса (очистки) для передачи. Активен в течение времени

передачи. Говорит о готовности приемника.

- DSR – готовность данных. Используется для задания режима модема.

- SG ((GND) – сигнальное заземление, нулевой провод.

- DCD – обнаружение несущей данных (детектирование принимаемого сиг-

нала).

- DTR – готовность выходных данных.

- RI – индикатор вызова. Говорит о приеме модемом сигнала вызова по теле-

фонной сети.

Для подключения произвольного устройства к компьютеру через RS-232C

обычно используют трех или четырехпроводную линию связи, но можно задей-

ствовать и другие сигналы интерфейса.

Наиболее часто используются трех- или четырехпроводная линия связи (для

двунаправленной передачи). Схема соединения для четырехпроводной линии

связи показана на рис.7.3.

Для двухпроводной линии связи в случае только передачи из компьютера во

внешнее устройство используются сигналы SG и TxD. Все 10 сигналов интер-

фейса задействуются только при соединении компьютера с модемом.

Компьютер может быть оснащен одним или двумя портами последователь-

ной передачи данных. Эти порты расположены либо на материнской плате, либо

на отдельной плате, вставляемой в слоты расширения материнской платы.

Бывают также платы, содержащие четыре или восемь портов последователь-

ной передачи данных. Их часто используют для подключения нескольких ком-

пьютеров или терминалов к одному центральному компьютеру. Эти платы име-

ют название мультипорт.

В основе последовательного порта передачи данных лежит микросхема Intel

8250 или ее современные аналоги – Intel 16450, 16550, 16550A. Эта микросхема

является универсальным асинхронным приемопередатчиком (UART – Universal

Asynchronous Receiver Transmitter). Микросхема содержит несколько внутренних

регистров, доступных через команды ввода-вывода.

Микросхема 8250 содержит регистры передатчика и приемника данных. При

передаче байта он записывается в буферный регистр передатчика, откуда затем

переписывается в сдвигающий регистр передатчика. Байт выдается в линию из

сдвигающего регистра по битам.

Аналогично имеются сдвигающий и буферный регистры приемника.

Программа имеет доступ только к буферным регистрам, копирование инфор-

мации в сдвигающие регистры и процесс сдвига выполняется микросхемой

UART автоматически.

К внешним устройствам асинхронный последовательный порт подключается

через специальный разъем.

Только два вывода этих разъемов используются для передачи и приема дан-

ных. Остальные передают различные вспомогательные и управляющие сигналы.

На практике для подсоединения того или иного устройства может понадобиться

различное количество сигналов.

Стык с интерфейсом RS-232 продолжает совершенствоваться. В настоящее

время разработан канал связи с оптоэлектронной развязкой линий.

В перспективе интерфейс RS-233 будет заменяться универсальным интер-

фейсом USB.

Дата добавления: 2015-08-27