1.3. Застосування Сом-портів
Сом-порт широко застосовується для підключення різних периферійних і комунікаційних пристроїв, зв'язки з технологічним устаткуванням, об'єктами управління і спостереження, програматорами, внутрішньосхемними емуляторами і іншими пристроями через протокол RS-232C.
Сом-порт може функціонувати і як двонаправлений інтерфейс, у якого є
3 программно-керованих вихідних лінії і
4 програмно-читаної вхідної лінії з двополярними сигналами.
Їх використовування визначається розробником. Існує, наприклад, схема однобітового широтно-імпульсного перетворювача, що дозволяє записувати звуковий сигнал на диск PC, використовуючи вхідну лінію Сом-порту. Відтворення цього запису через звичайний динамік PC дозволяє передати мову.
Безпосереднє підключення пристроїв
а). Маніпулятор миша.
Сом-порти частіше за все застосовують для підключення маніпуляторів (миша, трекбол). В цьому випадку порт використовується в режимі послідовного введення. Миша з послідовним інтерфейсом — Serial Mouse — може підключатися до будь-якого справного порту. Для узгодження роз'ємів порту і миші можливо застосування перехідніка DB-9S-DB-25P або DB-25S-DB-9P. Для миші потрібне переривання, для порту С0М1 — IRQ4, для COM2 — IRQ3. Те, що для роботи миші порту С0М1 потрібне переривання IRQ4, є особливістю її драйвера, але для користувача важливий сам факт обмеження. Кожна подія — переміщення миші або натиснення-відпуск кнопки — кодується двійковою посилкою по інтерфейсу RS-232C. Застосовується асинхронна передача; двополярне живлення забезпечується від управляючих ліній інтерфейсу.
б). Зовнішній модем.
Для підключення зовнішніх модемів потрібен повний (9-жильний) кабель АПД-АКД, схема якого приведена на мал. 13.5. Цей же кабель використовується для узгодження роз'ємів (по кількості контактів); можливо застосування перехідників 9-25, призначених для мишей. Для роботи комунікаційного ПО звичайно потрібні переривання, але тут є свобода вибору номера (адреси) порту і лінії переривання. Якщо передбачається робота на швидкостях 9600 біт/с і вище, то Сом-порт повинен бути реалізований на мікросхемі UART 16550A або сумісної. Можливості роботи за допомогою FIFO-буферів і обміну по каналах DMA залежать від комунікаційного ПО.
в). Зв'язок комп'ютерів.
Для зв'язку двох комп'ютерів, віддалених один від одного на невелику відстань, використовують і безпосереднє з'єднання їх Сом-портів нуль-модемним кабелем (мал. 13.6). Програми MS-DOS типу Norton Commander і Interlnk дозволяють обмінюватися файлами з швидкістю до 115,2 Кбіт/с без застосування апаратних переривань.
Мал. 13.5. Кабелі підключення модемів
Рис 13.6 Нуль-модемний кабель а) – мінімальний, б) – повний.
Перетворення послідовних інтерфейсів
На фізичному рівні послідовний інтерфейс має різні реалізації, що розрізняються способом передачі електричних сигналів. Існує ряд міжнародних стандартів, споріднених RS-232C. На мал. 13.7 приведені схеми з'єднання їх приймачів і передавачів, а також показані обмеження на довжину лінії (L) і максимальну швидкість передачі даних (V). Несиметричні лінії інтерфейсів RS-232C і RS-423A мають найнижчу захищеність від синфазної перешкоди. Кращі параметри має двоточковий інтерфейс RS-422A і його магістральний (шинний) аналог RS-485, що працює на симетричних лініях зв'язку. В них для передачі кожного сигналу використовуються диференціальні сигнали з окремою (витий) парою проводів для кожного сигнального ланцюга. Оскільки логічно ці інтерфейси споріднені, можливо застосування нескладних перетворювачів сигналів, що забезпечують перехід від одного інтерфейсу до іншого.
Двонаправленна
передача
Мал. 13.7. Стандарти послідовних інтерфейсів
У вище перелічених стандартах сигнал представляється потенціалом. Існують послідовні інтерфейси, де інформативний струм, що протікає по загальному ланцюгу передавач-приймач — «струмова петля» і MIDI
«Струмова петля» є поширеним варіантом послідовного інтерфейсу. В ній електричним сигналом є не рівень напруги щодо загального проводу, а струм в двохпроводній лінії, що сполучає приймач і передавач. Логічній одиниці (стану «включено») відповідає струм 20 мА, а логічному нулю — відсутність струму. Таке представлення сигналів для вищеописаного формату асинхронної посилки дозволяє знайти обрив лінії — приймач помітить відсутність стоп-біта (обрив лінії діє як постійний логічний нуль).
Струмова петля звичайно припускає гальванічну розв'язку вхідних ланцюгів приймача від схеми пристрою. При цьому джерелом струму в петлі є передавач (цей варіант називають активним передавачем). Можливо і живлення від приймача (активний приймач), при цьому вихідний ключ передавача може бути також гальванічно розв'язаний з рештою схеми передавача. Існують спрощені варіанти без гальванічної розв'язки, але це вже вироджений випадок інтерфейсу.
Струмова петля з гальванічною розв'язкою дозволяє передавати сигнали на відстані до декількох кілометрів. Відстань визначається опором пари проводів і рівнем перешкод. Оскільки інтерфейс вимагає пари проводів для кожного сигналу, звичайно використовують тільки два сигнали інтерфейсу. У разі двонаправленого обміну застосовуються тільки сигнали передаваних і приймаються даних, а управління потоком реалізується програмним методом. Якщо двонаправлений обмін не потрібен, займають одну лінію даних, а для управління потоком зворотна лінія задіюється для сигналу CTS (апаратний протокол) або стрічної лінії даних (програмний протокол). При належному ПО однією струмовою петлею можна забезпечити двонаправлений напівдуплексний зв'язок двох пристроїв. При цьому кожний приймач «чує» як сигнали передавача на протилежній стороні каналу, так і сигнали свого передавача. Вони розцінюються комунікаційними пакетами просто як ехо-сигнал. Тому для безпомилкового прийому передавачі повинні працювати почерзі
Модеми
Для передачі даних на великі відстані (в межах всього світу) відвіку використовують телефонні мережі загального користування (ТФОП). Проте для безпосередньої передачі цифрових даних звичайні аналогові телефонні мережі непридатні — потрібні модеми на сторонах обох абонентів.
Модем (модулятор-демодулятор) служить для передачі інформації на великі відстані, неприступні локальним мережам, з використанням виділених і комутованих телефонних ліній. Модулятор що поступає від комп'ютера двійкову інформацію перетворить в аналогові сигнали з частотною і (або) фазовою модуляцією, спектр яких відповідає смузі пропускання звичайних голосових телефонних ліній. Демодулятор з цього сигналу витягує закодовану двійкову інформацію і передає її в приймаючий комп'ютер.
Факс-модем (fax-modem) дозволяє передавати і приймати зображення факсиміле, сумісні із звичайними факс-машинами. Передача факсів також має на увазі передачу цифрових даних, хоча «цифра» не видна кінцевим користувачам: факс-машина сканує зображення, оцифровує його (1 біт на крапку), стискає дані і через модем передає в телефонну лінію. На приймальній стороні виконуються зворотні перетворення. Факс-модем працює аналогічно, тільки замість сканування його програмна підтримка приймає графічні або текстові дані від інших програм. Прийняті факси оформляються у вигляді файлів графічних форматів, доступних додаткам для подальшої обробки або друку.
Сучасні модеми мають ряд додаткових можливостей, що розширюють сферу їх застосування. Голосовий модем (voice modem) здатний перетворювати звуковий сигнал в цифровий вигляд, в якому він передається по лінії зв'язку. На приймальній стороні виконуються зворотні перетворення. Аудіосигнал стискається, наприклад, по методу ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation — адаптивна диференціальна імпульсно-кодова модуляція, АДІКМ).
Модеми під час сеансу зв'язку можуть працювати в сімплексному, дуплексному або напівдуплексному режимі. Для підвищення ефективної швидкості використовуються різні методи стиснення інформації, реалізовувані як самими модемами, так і комунікаційним ПО.