1.2. Интерфейс rs-232
1.2.1. Общие сведения об интерфейсе
Интерфейс RS-232 предназначен для подключения аппаратуры, передающей или принимающей данные, к оконечной аппаратуре каналов данных. На данный момент в компьютерах, принтерах, плоттерах и другом наиболее распространенном периферийном оборудовании данный интерфейс практически не используется из-за низкой скорости интерфейса. Тем не менее интерфейс очень широко распространен в промышленности (датчики давления, температуры, движения; системы управления задвижками на нефтяных трубах, системы управления крепями в шахтах, текстовые терминалы управления промышленных и бортовых компьютеров и т.д.), т.к. обладает одним неоспоримым преимуществом – очень низкой стоимостью вкупе с невысокими требованиями к скорости в промышленной аппаратуре.
Зачастую стандарт преобразуется в интерфейсы RS-422 и RS-485, часто используется для подключения аналоговых модемов, что в конечном итоге позволяет значительно смягчить требования к качеству и длине линии связи.
Информация по линиям интерфейса RS-232 передается асинхронно последовательным кодом. Это означает, что передатчик посылает байт данных бит за битом. Для такой последовательной передачи требуется только две линии (два провода). Стандарт RS-232 использует несимметричные передатчики и приемники – сигнал передается относительного общего провода. Интерфейс не обеспечивает гальванической развязки устройств, т.е. при подключении устройств одно или оба порта должны быть обесточены, в противном случае возможно повреждение портов вследствие разницы потенциалов. Логической единице соответствует напряжение на входе приемника в диапазоне –12... –3В. Логическому нулю соответствует диапазон +3...+12В. Диапазон –3...+3В – зона нечувствительности, обусловливающая гистерезис приемника: состояние линии считается измененным только после пересечения порога (рис. 1.7).
Рис. 1.7. Уровни сигналов интерфейса RS-232
В стандарте при передаче слов (посылок) информации реализуется так называемый старт-стопный метод, т.е. каждое передаваемое слово начинается специальным старт-битом, позволяющим приемнику определить начало передачи слова. Затем передается информационный байт младшими битами вперед бит за битом, т.е. первым передается младший значащий бит (МЗБ), а последним – старший (СЗБ). После битов данных может следовать бит контроля (бит проверки четности/нечетности). Иногда бит проверки может отсутствовать. Бит контроля предназначен для повышения уровня достоверности при приеме данных и показывает, четно или нечетно в байте информации количество нулей и единиц. Завершение передачи слова отмечается специальными стоп-битами (рис. 1.8).
Рис. 1.8. Формат слова в RS-232
Таким образом, формат слова определяет следующие особенности передачи информации через интерфейс:
1) число битов, используемых для кодирования самого переносимого символа;
2) наличие или отсутствие контроля по четности;
3) способ формирования контрольного бита;
4) число стоп-битов.
Как рассматривалось ранее, старт-бит является для приемной стороны сигналом начала слова. По этому сигналу на приемной стороне запускается в работу специальный аппаратный узел – сдвиговый регистр, который «собирает» в параллельный код принятое бит за битом слово информации. Биты передаются с известной приемнику и передатчику частотой, измеряемой в бодах в секунду. Боды – это количество передаваемых изменений сигнала (бит) в секунду. При этом учитываются и стартстопные биты, а также бит четности. Иногда используется другой термин – биты в секунду (bps). Здесь имеется в виду эффективная скорость передачи данных, без учета служебных битов. Передатчик и приемник используют разные источники синхронизации, которые работают с близкой, но все-таки различающейся частотой. Сильное расхождение частот приемника и передатчика вызывает возникновение специфической для асинхронной связи ошибки, называемой ошибкой кадрирования. Также ошибка кадрирования может возникать тогда, когда формат слова приемника и передатчика не согласованы.