Последовательные порты ПЭВМ. Интерфейс 232С

12 ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кибернети ческий 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. Соде ржание Последовательная передача данных Общие сведения о интерфейсе RS – 232C Виды сигналов Усовершенствования Тестовое оборудование для интерфейса RS – 232C Использованная литература Таблица 1. Функции сигнальных линий интерфейса RS – 232C. Таблица 2. Основные линии интерфейса RS – 232C. Рис . 1. Назначение линий 25 – контактного разъема типа D для интерфейса RS – 232C Рис . 2. Представление кода буквы А сигнальными уровнями ТТЛ. Рис . 3. Вид кода буквы А на сигнальных линиях TXD и RXD . Рис . 4. Типичная схема интерфейса RS – 232C. Последовательная передача данных Микропроцессорная система без средств ввода и вывода ока зывается бесполезной . Характеристики и объемы ввода и вывода в системе определяются , в первую очередь, спецификой ее прим енения — например , в микропроцессорной системе управления некоторым промышленным процессом не требуется клавиатура и дисплей , так как почти наверняка ее дистанционно программирует и контроли рует главный микрокомпьютер (с использованием последовательной л и нии RS – 232 C ) . 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 последовательн ых входных данных в параллельные данные , которые можно поместить на шину . С другой стороны , для последовательного вывода необходимы средства преобразования параллельных данных , представленных на шине , в последовательные выходные данные . В первом случае пр е образование 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 реж имах . 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 ин формацию , 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 преобразо вания , описанные выше . Вот список наиболее типичных сигналов таких микросхем : D 0 – D 7 — входные– выходные линии данных , подключаемые непосредственно к шине процессора ; RXD — принимаемые данные (входные последовательные данные ) ; TXD — передаваемые данные (выхо дные последовательные данные ) ; CTS — сброс передачи . На этой линии периферийное устройство формирует 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 периферийное 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 расстояния требуются дополнительные буферы и преобразователи уровней , включаемые между микросхемами последовательного ввода– вывода и линией связи. Общие сведения о интерфейсе RS – 232C Интерфейс RS – 232C являет ся наиболее широко распростра ненной стандартной последовательной связью между микрокомпью терами и периферийными устройствами . Интерфейс , определенный стандартом Ассоциации электронной промышленности ( EIA ) , под разумевает наличие оборудования двух видов : терминального DTE и связного DCE . Чтобы не составить неправильного представления об интер фейсе RS – 232C, необходимо отчетливо понимать различие между этими видами оборудования . Терминальное оборудование , напри мер микрокомпьютер , может посылать и (или ) при нимать 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 оборудован ия 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 ф у нкции сигналов интерфейса RS – 232C (таблица 1). Таблица 1. Функции сигнальных линий интерфейса RS – 232C. Номер контакта Сокращение Направление 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 контр ольное 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 Синхр онизация 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 передатчика 25 — К DCE (Занятость ) Примечания : 1. Линии 11, 18, 25 обычно считают незаземленными . Приведенная в таблице спецификация относится к спецификациям Bell 113 B и 208 A . 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 данные ) будут использовать ся 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 ин терфейса 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 информации. Управляющие сигналы квитирования (например , RTS , CTS ) . Сигналы квитирования — средство , с помощью которого обмен сигналами позволяет DTE начать диалог с DCE до фактической пере дачи или приема данных по последовательной линии связи. Сигналы синхронизации (например , TC , RC ) . В синхронном режиме (в отличие от более распространенного асинхронного ) между устройствами необходимо передавать сигналы синхронизации , которые упрощают синхр онизм 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. Осно вные 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 Последо вательные 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 установлена 7 SG Возвратный тракт общего сигнала (земли ) 8 DCD DTE работает и DCE може т подключится к каналу связи Виды сигналов В большинстве схем , содержащих интерфейс RS – 232C, данные передаются асинхронно , т.е . в виде последовательности пакета данных . Каждый пакет содержит один симво л кода ASCII , причем информация в пакете достаточна 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, необходимо вве сти 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 с топовых 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 зап исывается в виде 01000001011. Используемые в интерфейсе RS – 232C уровни сигналов отличаются от уровней сигналов , действующих в компьютере . Логический 0 ( SPACE ) представляется положительным напряжением в диапазоне от +3 до +25 В , логическая 1 ( MARK ) — отрица тельным 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 приемн ика линии . На рис . 4 представлен типичный микрокомпьютерный интерфейс RS – 232C. Программируемая микросхема DD 1 последовательного ввода осуществляет параллельно– последовательные и последовательно– параллельные преобразования данных . Микросхемы DD 2 и DD 3 прои зводят сдвиг уровней для трех выходных сигналов TXD , RTS , DTR , а микросхема DD 4 — 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 несколь ко 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 импед а нсом 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 соединения 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 – 232 C , и затем проверяются различные комбинации подключений . Трансформаторы разъема . Обычно эти приспособления имеют разъем RS – 232 C со штырьками на одной стороне и раз ъем с отверстиями на другой стороне. Пустые модемы . Как и предыдущие устройства , пустые модемы включаются последовательно в тракт данных интерфейса RS – 232C. Их функции заключаются в изменении сигнальных линий таким образом , чтобы превратить DTE в DCE . Лине йные 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 тесте ры . По своей конструкции эти устройства несколько 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. : Энергоатомиздат , 1990. 2. Справочник программиста и пользователя / Под ред . А . Г . Шевчика , Т . В . Демьянкова . — М. : “Кв арта” , 1993.