Формат асинхронной последовательной передачи данных. Основные сведения об устройстве

Последовательный порт персонального компьютера также называют асинхронным последовательным адаптером, коммуникационным портом или просто СОМ–портом. При передаче данных через последовательный порт используется формат асинхронной последовательной передачи данных, а назначение цепей обмена соответствует интерфейсу RS–232–C.

Надо признать, что значимость этого устройства для коммуникационных целей становится все менее ценной. Однако тема не потеряла своей актуальности, поскольку существует широкий спектр внешних устройств (кассовые аппараты, лабораторное оборудование, контроллеры), использующих для передачи данных формат асинхронной последовательной передачи. Широта диапазона применения асинхронной последовательной передачи данных в компьютерных коммуникациях объясняется ее сравнительной простотой и достаточно низкой стоимостью. При асинхронной последовательной передаче данные передаются последовательно бит за битом. Термин «асинхронный» означает, что у передатчика и приемника нет общего генератора синхроимпульсов. При асинхронной последовательной передаче синхронная работа приемопередающих устройств достигается посылкой специальных битов: стартового и стоповых. Вследствие этого асинхронную передачу часто называют стартстопной.

Стандартный формат асинхронной последовательной передачи показан на рис. 2.2

Когда передатчик бездействует (данные не посылаются), на линии сохраняется уровень сигнала маркера (логической единицы). Передатчик может начать посылку символа в любой момент времени посредством генерирования стартового бита. Этот бит переводит линию в состояние сигнала пробела на время, точно равное времени передачи бита. Затем происходит передача битов данных, начиная с младшего значащего бита, за которым следует дополнительный бит контроля по четности или нечетности. Далее с помощью стоп–битов на линии поддерживается уровень сигнала маркера в течение промежутка времени, равного 1, 1.5 или 2 единицам времени передачи битa. Завершающие (стоповые) биты определяют минимальное время между посылкой следующего байта. Обычно число стоповых битов не имеет большого значения, поэтому, как правило, используют один бит.

Бит контроля по четности (или нечетности) выбирается таким образом, чтобы общее число единиц в битах данных и бите контроля было четным (нечетным).

Промежуток времени от начала стартового бита до конца стоп–битов называется кадром. Сразу после стоп–битов передатчик может послать новый стартовый бит, если имеется другой символ для передачи. В противном случае уровень сигнала маркера может сохраняться на протяжении всего времени, пока передатчик молчит. Передача символа, которому в коде ASCII соответствует набор битов 10101000, показана на рис.2.2. Если скорость передачи равна 9600 бит/с, а для передачи каждого символа требуется только 10 бит, то нетрудно подсчитать, что каждую секунду осуществляется передача 960 символов.

В линиях последовательной передачи данных передатчик и приемник должны быть согласованы по всем параметрам: использованию бита четности, числу стартовых и стоповых битов. В противном случае обмен невозможен. Описанная процедура декодирования допускает различие во времени передачи бита не более 3%.

Последовательный асинхронный адаптер ПК обычно расположен непосредственно на материнской плате ПК. Стандартно в ПК устанавливается два последовательных порта. Портам операционной системой присваиваются логические имена СОМ1 и СОМ2. Каждому порту соответствует несколько регистров, через которые осуществляется доступ к порту, и определенная линия IRQ (линия запроса на прерывание) для сигнализации ПК об изменениях в состоянии порта. В таблице приводятся адреса регистров СОМ–портов и номера линий IRQ, которые они обычно используют.

В основе всех средств последовательной передачи данных в IBM PC и совместимых с ним персональных компьютеров лежит микросхема, известная под названием универсального асинхронного приемопередатчика (UART). При обслуживании последовательной передачи данных UART передает байты данных, но предварительно разворачивает их в последовательность битов для выходной линии связи. Он же получает данные, считывая поток битов из входной линии связи, и сворачивает его в байт данных. UART также контролирует параметры линии связи и отвечает за реагирование на различные сигналы ее состояния.

Доступ из прикладных и системных программ к UART производится через его регистры и команды ввода–вывода. В процессе приема–передачи прикладная программа обращается лишь к буферному регистру приемника и передатчика данных. При передаче байта он записывается в буфер регистра передатчика, а затем переписывается в сдвиговый регистр передатчика. Байт «выдвигается» из сдвигового регистра по битам. Аналогично имеется сдвиговый регистр для приемника. Копирование информации в сдвиговые регистры и процесс сдвига выполняется микросхемой UART автоматически.