Л 2

RS-232

Это легендарный стандарт, который появился в 60-х годах 20 века, и стал основой для всех последующих интерфейсов последовательного обмена данными. Интерфейс RS-232C был применен в первых персональных компьютерах фирмы IBM. В 1962 году Electronics Industries Association (EIA) разработало рекомендации для производителей оборудования, назвав их "Рекомендованный стандарт 232". Интерфейс RS-232 был разработан максимально универсальным , что позволяло многим производителям легко переделать своё оборудование под этот стандарт. В 1983 году фирма IBM выпустила персональные компьютеры IBM XT и 1984 году IBM AT с встроенными универсальными приемопередатчиками UART. UART разрабатывались по стандарту RS-232C, он поддерживал передачу данных только в асинхронном режиме.

RS-232 (Recommended Standard 232) — физический уровень для асинхронного (UART) интерфейса. Исторически имел широкое распространение в телекоммуникационном оборудовании.

RS232 обеспечивает передачу данных и некоторых специальных сигналов между терминалом (Data Terminal Equipment, DTE) и коммуникационным устройством (Data Communications Equipment, DCE) на расстояние до 15 метров. Ослабление растет с увеличением длины кабеля. Этот эффект сильно связан с электрической емкостью кабеля. По стандарту максимальная нагрузочная емкость составляет 2500 пФ. Типовая погонная емкость кабеля составляет 130 пФ.

RS-232 проводной дуплексный интерфейс. Метод передачи данных аналогичен асинхронному последовательному интерфейсу.

Помимо линий входа и выхода данных RS-232 регламентировал ряд необязательных вспомогательных линий для аппаратного управления потоком данных и специальных функций.

Signal			Origin		DB-25 pin	DE-9 pin
Name	Typical purpose	Abbreviation	DTE	DCE
Data Terminal Ready	Indicates presence of DTE to DCE.	DTR	●		20	4
Data Carrier Detect	DCE is connected to the telephone line.	DCD		●	8	1
Data Set Ready	DCE is ready to receive commands or data.	DSR		●	6	6
Ring Indicator	DCE has detected an incoming ring signal on the telephone line.	RI		●	22	9
Request To Send	DTE requests the DCE prepare to receive data.	RTS	●		4	7
Clear To Send	Indicates DCE is ready to accept data.	CTS		●	5	8
Transmitted Data	Carries data from DTE to DCE.	TxD	●		2	3
Received Data	Carries data from DCE to DTE.	RxD		●	3	2
Common Ground		GND	common		7	5
Protective Ground		PG	common		1

Для электрического согласования линий RS-232 и стандартной цифровой логики UART выпускается большая номенклатура микросхем драйверов, например MAX232.

Порядок обмена по интерфейсу rs-232c

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

Наиболее часто используются трех- или четырехпроводная связь (для двунапрвленной передачи). Схема соединения для четырехпроводной линии связи показана на рисунке 1

Схема 4-проводной линии связи для RS-232C

UART

Протокол UART (Universal asynchronous receiver/transmitter) — старейший и самый распространенный на сегодняшний день физический протокол передачи данных.

изначально интерфейс UART появился в США как средство для передачи телеграфных сообщений, и рабочих бит там было пять (как в азбуке Морзе). Для передачи использовались механические устройства. Потом появились компьютеры, и коды ASCII, которые потребовали семь бит. В начале 60-х на смену пришла всем известная 8-битная таблица ASCII, и тогда формат передачи стал занимать полноценный байт, плюс управляющие три бита.

Наиболее известен из семейства UART протокол RS-232 (в народе – COM-порт). Это, наверное, самый древний компьютерный интерфейс. Он дожил до наших дней и не потерял своей актуальности. В 1971 году, когда уже начался бум микросхем, Гордон Белл для компьютеров PDP фирмы Western Digital сделал микросхему UART WD1402A. Примерно в начале 80-х фирмой National Semiconductor был создан чип 8520. В 90-е был придуман буфер к интерфейсу, что позволило передавать данные на более высоких скоростях. Этот интерфейс, не претерпев практически никаких изменений, дошел и до наших дней

Основные рабочие линии – RXD и TXD, или просто RX и TX.

Передающая линия – TXD (Transmitted Data), а

порт RXD (Received Data) – принимающая.

Видов UART существует великое множество – главное отличие интерфейсов состоит в среде и способе передаче данных. Данные могут передаваться даже по оптоволокну..

Второй по распространению интерфейс после RS-232 – это RS-485. Он является промышленным стандартом, и передача в нем осуществляется по витой паре, что дает ему неплохую помехоустойчивость и повышенную скорость передачи до 4 мегабит в секунду. Длина провода тут может достигать 1 км. Как правило, он используется на заводах для управления разными станками.

Надо сказать, что IRDA, или инфракрасная связь, которая встроена в большинство телефонов и КПК, тоже по сути является UARTом. Только данные передаются не по проводам, а с помощью инфракрасного излучения.

В SMART-картах (SIM, спутниковое телевиденье, банковские карты) –тоже используется UART. Правда, там полудуплексная передача данных, и логика работы может быть 1,8/3,3 и 5 вольт. Выглядит так, будто RX запаян с TX на одном конце и на другом – в результате, один передает, другой в этот момент слушает, и наоборот. Это регламентировано стандартом смарт-карт. Так мы точно знаем, сколько байт пошлем, и сколько нам ответит карточка.

При последовательном интерфейсе каждый передаваемый байт "обрамляется" стартовыми и стоповыми сигналами, как показано на рисунке 4.4.

S - Стартовые биты

Strop.bit - Строповые биты

Рисунок 4.4 – Асинхронный режим передачи

Стартовый сигнал изменяет состояние линии интерфейса и служит для запуска генератора приемнике, стоповой сигнал переводит линию в исходное состояние и останавливает работу генератора. Таким образом, синхронизация передатчика и приемника поддерживается только в интервале одного байта.

. Временная диаграмма передачи байта интерфейса RS232изображена на рис.

В этом примере показана структура передаваемых данных со синхронизирующим тактовым сигналом. В этом примере используется 8 бит данных, бит четности и стоп бит.

режим передачи состоит в том, что каждый байт данных (и бит контроля четности, в случае его наличия) "оборачивается" синхронизирующей последовательностью из одного нулевого старт-бита и одного или нескольких единичных стоп-битов. Схема потока данных в асинхронном режиме представлена на рисунке.

Один из возможных алгоритмов работы приемника следующий:

1. Ожидать уровня "0" сигнала приема (RXD в случае хоста, TXD в случае устройства).

2. Отсчитать половину длительности бита и проверить, что уровень сигнала все еще "0"

3. Отсчитать полную длительность бита и текущий уровень сигнала записать в младший бит данных (бит 0)

4. Повторить предыдущий пункт для всех остальных битов данных

5. Отсчитать полную длительность бита и текущий уровень сигнала использовать для проверки правильности приема с помощью контроля четности (см. далее)

6. Отсчитать полную длительность бита и убедиться, что текущий уровень сигнала "1".

7. Вернуться к ожиданию начала следующего байта данных (шаг 1)

Последовательные интерфейсы

Последовательный интерфейс для передачи данных в одну сторону использует одну сигнальную линию, по которой информационные биты передаются друг за другом последовательно. Последовательная передача данных может осуществляться в синхронном и асинхронном режимах.

Для асинхронного режима принят ряд стандартных скоростей обмена: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/сек. Количество бит данных может составлять 5,6,7,8 бит. Количество стоп битов может быть 1,1.5,2 бита. Асинхронный в РС реализуется с помощью СОМ-порта с использованием протокола RS-232C.

Из синхронных адаптеров в настоящее время чаще всего применяются адаптеры интерфейса V.35.

Стандарт описывает управляющие сигналы интерфейса, пересылку данных, электрический интерфейс и типы разъемов. Стандарт описывает синхронный и асинхронный режимы обмена, но СОМ-порты поддерживают только асинхронный режим.

Префикс "RS" -рекомендованный стандарт.

5.9.1 Интерфейс RS-232

Интерфейс RS-232C использует несимметричные приемники и передатчики, сигнал передается относительно общего провода (схемной земли). Интерфейс RS-232C не обеспечивает гальванической развязки устройств. В интерфейсе RS-232С оговариваются следующие электрические параметры (СОМ-порт).

Выходные сигналы:

• 0 задается диапазоном напряжения со стороны источника (+5  +15)В;

• неопределенное состояние – диапазон напряжения (+5  -5)В;

• 1 задается диапазоном напряжения (-5  -15)В.

Входные сигналы:

• 0 задается диапазоном напряжения со стороны приемника (+3  +25)В;

• неопределенное состояние – диапазон напряжения (+3  -3)В;

• 1 задается диапазоном напряжения (-3  -25)В.

Логической единице на входе приемника соответствует уровень напряжения -3 ... -12 В. Для линий управляющих сигналов это состояние называют "ON", а для линий последовательных данных - "MARK". Логическому "0" соответствует напряжение +3 ... +12 В (называемое "OFF" или "SPACE", соответственно). Между уровнями +3 ... -3 В существует зона нечувствительности, обуславливающая гистерезис приемника. Состояние на выходе приемника изменяется только при пересечении напряжением порога +3 или -3 В.