Форматы обмена данными с приемопердатчиком RS-232

Лабораторная работа №2

ПОРТ RS-232

 

Порт RS-232 (более полное поименование – EIA RS-232C) реализует стандартный интерфейс последовательной передачи данных (промышленный стандарт для последовательных соединений; определяет конкретные линии и характеристики сигнала, используемые контроллерами последовательных соединений). Интерфейс RS-232 предназначен для подключения к компьютеру стандартных внешних устройств (принтера, сканера, модема, мыши и др.), а также для связи компьютеров между собой. Основными преимуществами использования RS-232, по сравнению с Centronics (этот порт рассмотрим в следующем разделе), являются возможность передачи данных на значительно большие расстояния и гораздо более простой соединительный кабель. В то же время работать с ним несколько сложнее. Данные в RS-232 передаются в последовательном коде побайтно. Каждый передаваемый байт дополняется стартовым и стоповым битами. Данные могут передаваться как в одну, так и в другую сторону (дуплексный режим).

Широко используемый последовательный интерфейс синхронной и асинхронной передачи данных, определяемый стандартом EIA RS-232C и рекомендациями V.24 CCITT, изначально создавался для связи компьютера с терминалом, терминала с модемом и используется в самых различных применениях.

Рис.2.1. Соединение двух устройств через RS-232

Интерфейс RS-232 соединяет два устройства (рис.2.1). Оба типа устройства получили свои собственные имена. Терминал получил имя DTE (Data Terminal Equipment), модем – DCE (Data Communication Equipment). Их различия состоят не только в поименовании. Все сигналы и функции распределены между этими двумя типами устройств. Они реализуют различные функции и используют различающиеся схемы подключения. Все эти различия определяются соотношением ведущий – ведомый. В данном примере DTE – ведущий, DCE – ведомый. Для самого порта RS-232 не имеет значения, какое устройство – DTE или DCE подключено, он должен работать как улица с двусторонним движением. Информационные сигналы передаются в обоих направлениях, поэтому оба конца соединения должны в состоянии работать и как приемные, и как передающие устройства. К одному концу соединения может быть подключен как терминал, так и модем. Не имеет значения, какой конец соединения рассматривать. Линия передачи первого устройства DTE (DCE) соединяется с линией приема второго DCE (DTE) и наоборот (полный дуплекс). Связь осуществляется последовательной передачи данных побитно. Отдельные биты пересылаются (принимаются) последовательно друг за другом, при этом возможен обмен данными в обоих направлениях одновременно. Уровень напряжения последовательного интерфейса изменяется в пределах от -12 В до +12 В. Благодаря этому относительно высокому напряжению повышается помехоустойчивость соединения, и данные могут передаваться по кабельному соединению достаточной длины. Для управления соединенными устройствами используется программное подтверждение (введение в поток передаваемых данных соответствующих управляющих кодов). Возможна организация аппаратного подтверждения путем задействования дополнительных RS-232 линий для обеспечения функций определения статуса и управления. Ниже в табл.2.1 приведены основные характеристики стандарта RS-232.

Таблица 2.1. Основные характеристики порта RS-232

Стандарт	EIA RS-232C, CCITT V.24
Скорость передачи	115 Кбит/с (максимум)
Расстояние передачи	15 м (максимум)
Характер сигнала	несимметричный по напряжению
Количество драйверов	1
Количество приемников	1
Схема соединения	полный дуплекс, от точки к точке

 

Различают номинальную и эффективную скорости передачи данных.

Номинальная скорость передачи (измеряется в бит/с) – это скорость передачи данных, определяемая количеством полезных бит двоичной информации, передаваемых за 1 с.

Эффективная (реальная) скорость (измеряется в бод/с) – это скорость с учетом необходимости передачи служебной информации (что уменьшает эффективную скорость по сравнению с номинальной) и сжатия данных (что увеличивает эффективную скорость).

Порядок обмена данными по интерфейсу RS-232

Компьютер имеет 25-контактный (DB25P) или 9-контактный (DB9P) разъем для подключения RS-232 (рис.2.2). Назначение контактов разъемов RS-232 приведено в табл.2.2.

Рис.2.2. Цоколевка разъемов порта RS-232:

слева – 9-контактного, справа – 25-контактного

В современных ПК используются только 9-контактные разъемы. Более ранние модели ПК использовали 2 канала RS-232. Первый канал, как правило, конфигурировался под логическим именем COM1 и использовал 9-контактный разъем. К нему обычно подключали координационный манипулятор типа «мышь». Второй канал, как правило, конфигурировался под логическим именем COM2 и использовал 25-контактный разъем. К нему обычно подключали модем или другие внешние устройства. 25-контактный разъем вскоре уступил место более компактному 9-контактному, а для совместимости подключений существовал переходник DB25P↔DB9P.

После внедрения нового варианта подключения манипулятора типа «мышь» через разъем mini-DIN, порт COM1 освободился, и к нему стали подключать модем или другие внешние устройства. После внедрения порта телекоммуникаций USB, многие из устройств, ранее подключаемых к портам COM (модемы, сканеры и др.), получили возможность стать USB-совместимыми и отказались от использования портов COM.

Порты COM потеряли свое первоначальное предназначение и в настоящее время используются, в основном, для подключения измерительной аппаратуры интерфейса RS-232, считывателей штрих-кодов, различного торгового оборудования, а также оставлены для возможности использования устаревших периферийных устройств с интерфейсом RS-232.

Системные блоки ПК имеют информационные ресурсы под конфигурирование 4 портов COM1…4. Это могут быть, например, 2 физических и 2 виртуальных порта COM. Многие модемы, имеющие физическое подключение на шину PCI, порт USB, конфигурируются под логическим именем COM. Устройства, подключаемые к порту IrDA, также конфигурируются под логическим именем COM.

Таблица 2.2. Назначение контактов разъема RS-232

Наименование	Направление	Описание	Контакт (25-контактный разъем)	Контакт (9-контактный разъем)
DCD	IN	Carrie Detect (Определение несущей)	8	1
RxD	IN	Receive Data (Принимаемые данные)	3	2
TxD	OUT	Transmit Data (Передаваемые данные)	2	3
DTR	OUT	Data Terminal Ready (Готовность терминала)	20	4
GND	-	System Ground (Корпус системы)	7	5
DSR	IN	Data Set Ready (Готовность данных)	6	6
RTS	OUT	Request to Send (Запрос на отправку)	4	7
CTS	IN	Clear to Send (Готовность приема)	5	8
RI	IN	Ring Indicator (Индикатор)	22	9

 

Назначение сигналов следующее.

FG – защитное заземление (экран).

TxD – данные, передаваемые компьютером в последовательном коде (логика отрицательная).

RxD – данные, принимаемые компьютером в последовательном коде (логика отрицательная).

RTS – сигнал запроса передачи. Активен во все время передачи.

CTS – сигнал сброса (очистки) для передачи. Активен во все время передачи. Говорит о готовности приемника.

DSR – готовность данных. Используется для задания режима модема.

SG – сигнальное заземление, нулевой провод.

DCD – обнаружение несущей данных (детектирование принимаемого сигнала).

DTR – готовность выходных данных.

RI – индикатор вызова. Говорит о приеме модемом сигнала вызова по телефонной сети.

Наиболее часто используются трех- или четырехпроводная связь (для двунаправленной передачи). Схема соединения для четырехпроводной линии связи показана на рис.2.3.

Для двухпроводной линии связи в случае только передачи из компьютера во внешнее устройство используются сигналы SG и TxD. Все 10 сигналов интерфейса задействуются только при соединении компьютера с модемом.

Рис.2.3. Схема 4-проводной линии связи для RS-232

Формат передаваемых данных показан на рис.2.4. Собственно данные (последовательностью длиной в 5, 6, 7 или 8 бит) сопровождаются стартовым битом, битом четности и одним или двумя стоповыми битами. Получив стартовый бит, приемник выбирает из линии биты данных через определенные интервалы времени. Очень важно, чтобы тактовые частоты приемника и передатчика были одинаковыми, допустимое расхождение – не более 10%. Скорость передачи по RS-232 может выбираться из ряда: 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/с.

Все сигналы RS-232 передаются специально выбранными уровнями, обеспечивающими высокую помехоустойчивость связи (рис.2.5). Отметим, что данные передаются в инверсном коде (логической единице соответствует низкий уровень, логическому нулю – высокий уровень).

Для подключения произвольного устройства сопряжения к ПК через RS-232 обычно используют трех- или четырехпроводную линию связи (рис.2.3), но можно задействовать и другие сигналы интерфейса.

Рис.2.4. Формат данных RS-232

Обмен по RS-232 осуществляется с помощью обращений по специально выделенным для этого портам COM1 (адреса 3F8_h...3FF_h, прерывание IRQ4), COM2 (адреса 2F8_h...2FF_h, прерывание IRQ3), COM3 (адреса 3F8_h...3EF_h, прерывание IRQ10), COM4 (адреса 2E8_h...2EF_h, прерывание IRQ11). Форматы обращений по этим адресам можно найти в многочисленных описаниях контроллеров последовательного обмена UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter).

Рис.2.5. Уровни сигналов RS-232 на передающем и принимающем концах линии связи

Форматы обмена данными с приемопердатчиком RS-232

Контроллер UART, входящий в состав ПК, реализует следующие функции:

· преобразование параллельного кода в последовательный при передаче и обратное преобразование при приеме;

· формирование стартового, стопового битов и бита четности при передаче и контроль их правильности при приеме;

· формирование и контроль состояния сигналов интерфейса RS-232.

UART может быть выполнен на специальной микросхеме или входить в состав чипсета вместе с другими контроллерами, но все форматы обмена данными с ним сохраняются неизменными.

Обычно в состав компьютера входят 2 последовательных порта, обозначаемых COM1 (адреса 3F8_h...3FF_h, прерывание IRQ4) и COM2 (адреса 2F8_h...2FF_h, прерывание IRQ3).