|
Последовательные порты ПЭВМ. Интерфейс 232С.
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кибернетический факультет
Кафедра Вычислительной Техники
Реферат на тему:
Последовательные порты ПЭВМ.
Интерфейс RS–232C.
Дисциплина:
Схемотехника
Выполнил:
студент группы
ЭВМ-94-1
Островский М.С.
1996 г.
СОДЕРЖАНИЕ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНАЯ ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ 3
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ИНТЕРФЕЙСЕ RS–232C 4
ВИДЫ СИГНАЛОВ 7
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ 9
ТЕСТОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИНТЕРФЕЙСА RS–232C 9
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 11
Таблица 1. Функции сигнальных линий интерфейса RS–232C. 5
Таблица 2. Основные линии интерфейса RS–232C. 7
Рис. 1. Назначение линий 25–контактного разъема типа D для интерфейса RS–232C 6
Рис. 2. Представление кода буквы А сигнальными уровнями ТТЛ. 8
Рис. 3. Вид кода буквы А на сигнальных линиях TXD и RXD. 8
Рис. 4. Типичная схема интерфейса RS–232C. 9
Последовательная передача данных
Микропроцессорная система без средств ввода и вывода оказывается
бесполезной. Характеристики и объемы ввода и вывода в системе определяются,
в первую очередь, спецификой ее применения — например, в микропроцес-
сорной системе управления некоторым промышленным процессом не требуется
клавиатура и дисплей, так как почти наверняка ее дистанционно программирует
и контролирует главный микрокомпьютер (с использованием последовательной
линии RS–232C).
Поскольку данные обычно представлены на шине микропроцессора в
параллельной форме (байтами, словами), их последовательный ввод–вывод
оказывается несколько сложным. Для последовательного ввода потребуется
средства преобразования последовательных входных данных в параллельные
данные, которые можно поместить на шину. С другой стороны, для последо-
вательного вывода необходимы средства преобразования параллельных данных,
представленных на шине, в последовательные выходные данные. В первом
случае преобразование осуществляется регистром сдвига с последовательным
входом и параллельным выходом (SIPO), а во втором — регистром сдвига с
параллельным входом и последовательным выходом (PISO).
Последовательные данные передаются в синхронном или асинхронном
режимах. В синхронном режиме все передачи осуществляются под управлением
общего сигнала синхронизации, который должен присутствовать на обоих
концах линии связи. Асинхронная передача подразумевает передачу данных
пакетами; каждый пакет содержит необходимую информацию, требующуюся
для декодирования содержащихся в нем данных. Конечно, второй режим
сложнее, но у него есть серьезное преимущество: не нужен отдельный сигнал
синхронизации.
Существуют специальные микросхемы ввода и вывода, решающие
проблемы преобразования, описанные выше. Вот список наиболее типичных
сигналов таких микросхем:
D0–D7 — входные–выходные линии данных, подключаемые непосред-
ственно к шине процессора;
RXD — принимаемые данные (входные последовательные данные);
TXD — передаваемые данные (выходные последовательные данные);
CTS — сброс передачи. На этой линии периферийное устройство фор-
мирует сигнал низкого уровня, когда оно готово воспринимать информацию от
процессора;
RTS — запрос передачи. На эту линию микропроцессорная система
выдает сигнал низкого уровня, когда она намерена передавать данные в пе-
риферийное устройство.
Все сигналы программируемых микросхем последовательного ввода–
вывода ТТЛ–совместимы. Эти сигналы рассчитаны только на очень короткие
линии связи. Для последовательной передачи данных на значительные рас-
стояния требуются дополнительные буферы и преобразователи уровней,
включаемые между микросхемами последовательного ввода–вывода и линией
связи.
Общие сведения о интерфейсе RS–232C
Интерфейс RS–232C является наиболее широко распространенной
стандартной последовательной связью между микрокомпьютерами и перифе-
рийными устройствами. Интерфейс, определенный стандартом Ассоциации
электронной промышленности (EIA), подразумевает наличие оборудования
двух видов: терминального DTE и связного DCE.
Чтобы не составить неправильного представления об интерфейсе RS–
232C, необходимо отчетливо понимать различие между этими видами обору-
дования. Терминальное оборудование, например микрокомпьютер, может по-
сылать и (или) принимать данные по последовательному интерфейсу. Оно как бы
оканчивает (terminate) последовательную линию. Связное оборудование —
устройства, которые могут упростить передачу данных совместно с
терминальным оборудованием. Наглядным пример связного оборудования
служит модем (модулятор–демодулятор). Он оказывается соединительным
звеном в последовательной цепочке между компьютером и телефонной линией.
Различие между терминальными и связными устройствами довольно
расплывчато, поэтому возникают некоторые сложности в понимании того, к
какому типу оборудования относится то или иное устройство. Рассмотрим
ситуацию с принтером. К какому оборудованию его отнести? Как связать два
компьютера, когда они оба действуют как терминальное оборудование. Для
ответа на эти вопросы следует рассмотреть физическое соединение устройств.
Произведя незначительные изменения в линиях интерфейса RS–232C, можно
заставить связное оборудование функционировать как терминальное. Чтобы
разобраться в том, как это сделать, нужно проанализировать функции сигналов
интерфейса RS–232C (таблица 1).
Таблица 1. Функции сигнальных линий интерфейса RS–232C.
Номер кон-
такта
Сокращение
Направлени
е
Полное название
1
FG
—
Основная или защитная земля
2
TD (TXD)
К DCE
Передаваемые данные
3
RD (RXD)
К DTE
Принимаемые данные
4
RTS
К DCE
Запрос передачи
5
CTS
К DTE
Сброс передачи
6
DSR
К DTE
Готовность модема
7
SG
—
Сигнальная земля
8
DCD
К DTE
Обнаружение несущей данных
9
—
К DTE
(Положительное контрольное
напряжение)
10
—
К DTE
(Отрицательное контрольное
напряжение)
11
QM
К DTE
Режим выравнивания
12
SDCD
К DTE
Обнаружение несущей вторичных
данных
13
SCTS
К DTE
Вторичный сброс передачи
14
STD
К DCE
Вторичные передаваемые данные
15
TC
К DTE
Синхронизация передатчика
16
SRD
К DTE
Вторичные принимаемые данные
17
RC
К DTE
Синхронизация приемника
18
DCR
К DCE
Разделенная синхронизация
приемника
19
SRTS
К DCE
Вторичный запрос передачи
20
DTR
К DCE
Готовность терминала
21
SQ
К DTE
Качество сигнала
22
RI
К DTE
Индикатор звонка
23
—
К DCE
(Селектор скорости данных)
24
TC
К DCE
Внешняя синхронизация пере-
датчика
25
—
К DCE
(Занятость)
Примечания:
1. Линии 11, 18, 25 обычно считают незаземленными. Приведенная в таблице спецификация отно-
сится к спецификациям Bell 113B и 208A.
2. Линии 9 и 10 используются для контроля отрицательного (MARK) и положительного (SPACE)
уровней напряжения.
3. Во избежание путаницы между RD (Read — считывать) и RD (Received Data — принимаемые дан-
ные) будут использоваться обозначения RXD и TXD, а не RD и TD.
Стандартный последовательный порт RS–232C имеет форму 25–
контактного разъема типа D (рис 1).
Рис. 1. Назначение линий 25–контактного разъема типа D для интерфейса RS–232C
Терминальное оборудование обычно оснащено разъемом со штырьками,
а связное — разъемом с отверстиями (но могут быть и исключения).
Сигналы интерфейса RS–232C подразделяются на следующие классы.
Последовательные данные (например, TXD, RXD). Интерфейс RS–232C
обеспечивает два независимых последовательных канала данных: первичный
(главный) и вторичный (вспомогательный). Оба канала могут работать в
дуплексном режиме, т.е. одновременно осуществляют передачу и прием инфор-
мации.
Управляющие сигналы квитирования (например, RTS, CTS). Сигналы
квитирования — средство, с помощью которого обмен сигналами позволяет DTE
начать диалог с DCE до фактической передачи или приема данных по
последовательной линии связи.
Сигналы синхронизации (например, TC, RC). В синхронном режиме (в
отличие от более распространенного асинхронного) между устройствами не-
обходимо передавать сигналы синхронизации, которые упрощают синхронизм
принимаемого сигнала в целях его декодирования.
На практике вспомогательный канал RS–232C применяется редко, и в
асинхронном режиме вместо 25 линий используются 9 линий (таблица 2).
Таблица 2. Основные линии интерфейса RS–232C.
Номер
контакта
Сигнал
Выполняемая функция
1
FG
Подключение земли к стойке или шасси
оборудования
2
TXD
Последовательные данные, передаваемые
от DTE к DCE
3
RXD
Последовательные данные, принимаемые
DTE от DCE
4
RTS
Требование DTE послать данные к DCE
5
CTS
Готовность DCE принимать данные от DTE
6
DSR
Сообщение DCE о том, что связь установ-
лена
7
SG
Возвратный тракт общего сигнала (земли)
8
DCD
DTE работает и DCE может подключится к
каналу связи
Виды сигналов
В большинстве схем, содержащих интерфейс RS–232C, данные пере-
даются асинхронно, т.е. в виде последовательности пакета данных. Каждый
пакет содержит один символ кода ASCII, причем информация в пакете доста-
точна для его декодирования без отдельного сигнала синхронизации.
Символы кода ASCII представляются семью битами, например буква А
имеет код 1000001. Чтобы передать букву А по интерфейсу RS–232C, необхо-
димо ввести дополнительные биты, обозначающие начало и конец пакета. Кроме
того, желательно добавить лишний бит для простого контроля ошибок по
паритету (четности).
Наиболее широко распространен формат, включающий в себя один
стартовый бит, один бит паритета и два стоповых бита. Начало пакета данных
всегда отмечает низкий уровень стартового бита. После него следует 7 бит
данных символа кода ASCII. Бит четности содержит 1 или 0 так, чтобы общее
число единиц в 8–битной группе было нечетным. Последним передаются два
стоповых бита, представленных высоким уровнем напряжения. Эквивалентный
ТТЛ–сигнал при передаче буквы А показан на рис. 2.
Рис. 2. Представление кода буквы А сигнальными уровнями ТТЛ.
Таким образом, полное асинхронно передаваемое слово состоит из 11
бит (фактически данные содержат только 7 бит) и записывается в виде
01000001011.
Используемые в интерфейсе RS–232C уровни сигналов отличаются от
уровней сигналов, действующих в компьютере. Логический 0 (SPACE) пред-
ставляется положительным напряжением в диапазоне от +3 до +25 В, логическая
1 (MARK) — отрицательным напряжением в диапазоне от –3 до –25 В. На рис. 3
показан сигнал в том виде, в каком он существует на линиях TXD и RXD
интерфейса RS–232C.
Рис. 3. Вид кода буквы А на сигнальных линиях TXD и RXD.
Сдвиг уровня, т.е. преобразование ТТЛ–уровней в уровни интерфейса
RS–232C и наоборот производится специальными микросхемами драйвера линии
и приемника линии.
На рис. 4 представлен типичный микрокомпьютерный интерфейс RS–
232C. Программируемая микросхема DD1 последовательного ввода осущест-
вляет параллельно–последовательные и последовательно–параллельные пре-
образования данных. Микросхемы DD2 и DD3 производят сдвиг уровней для
трех выходных сигналов TXD, RTS, DTR, а микросхема DD4 — для трех входных
сигналов RXD, CTS, DSR. Микросхемы DD2 и DD3 требуют напряжения питания
±12 В.
Рис. 4. Типичная схема интерфейса RS–232C.
Усовершенствования
Разработано несколько новых стандартов, направленных на устранение
недостатков первоначальных спецификаций интерфейса RS–232C. Среди них
можно отметить интерфейс RS–422 (балансная система, допускающая импеданс
линии до 50 Ом), RS–423 (небалансная система с минимальным импедансом
линии 450 Ом) и RS–449 (стандарт с высокой скоростью передачи данных, в
котором несколько изменены функции схем и применяется 37–контактный
разъем типа D).
Тестовое оборудование для интерфейса RS–232C
Соединители. Эти дешевые устройства упрощают перекрестные со-
единения сигнальных линий интерфейса RS–232C. Они обычно оснащаются
двумя разъемами типа D (или ленточными кабелями, имеющими розетку и
вставку), и все линии проводятся к той области, куда можно вставить перемычки.
Такие устройства включаются последовательно с линиями интерфейса RS–232C,
и затем проверяются различные комбинации подключений.
Трансформаторы разъема. Обычно эти приспособления имеют разъем
RS–232C со штырьками на одной стороне и разъем с отверстиями на другой
стороне.
Пустые модемы. Как и предыдущие устройства, пустые модемы вклю-
чаются последовательно в тракт данных интерфейса RS–232C. Их функции
заключаются в изменении сигнальных линий таким образом, чтобы превратить
DTE в DCE.
Линейные мониторы. Мониторы индицируют логические состояния (в
терминах MARK и SPACE) наиболее распространенных сигнальных линий
данных и квитирования. С их помощью пользователь получает информацию о
том, какие сигналы в системе присутствуют и активны.
Врезки. Эти устройства обеспечивают доступ к сигнальным линиям. В
них, как правило, совмещены возможности соединителей и линейных мониторов
и, кроме того, предусмотрены переключатели или перемычки для соединения
линий с обоих сторон устройства.
Интерфейсные тестеры. По своей конструкции эти устройства не-
сколько сложнее предыдущих простых устройств. Они позволяют переводить
линии в состояния MARK или SPACE, обнаруживать помехи, измерять скорость
передачи данных и индицировать структуру слова данных.
Использованная литература
1. Тули М. Справочное пособие по цифровой
электронике: Пер. с англ. — М.: Энергоатом-
издат, 1990.
2. Справочник программиста и пользователя/
Под ред. А. Г. Шевчика, Т. В. Демьянкова. — М.:
"Кварта", 1993.
10
| |
