23. Интерфейс rs-232: назначение, основные технические характеристики, принципы передачи данных.
RS-232– это название стандарта (RS– рекомендуемый стандарт, 232 – его номер), который был разработан в 60-х годах прошлого века для подключения к компьютеру внешних устройств (принтера, сканера, мыши и др.), а также связи компьютеров между собой. ИнтерфейсRS-232 разрабатывался для соединения устройств двух видов: терминального и связного. Терминальное оборудование (DTE), например компьютер, может посылать или принимать данные по последовательному интерфейсу. Связное оборудование (DCE) понимается как устройство, которое может практически реализовать последовательную передачу данных.
Наиболее часто в качестве DCEиспользуется модем, организующий обмен информацией с использованием телефонных линий связи. Возможно также соединение двухDTE-устройств, например, компьютеров непосредственно с помощью интерфейсаRS-232 без использования модемов. СтандартRS-232 описывает виды и параметры сигналов, способы их передачи, типы разъемов.
Разъемы RS-232. Применяются 25-контактный разъемDB-25 или более компактный 9-контактный вариантDB-9.
Сигналы RS-232. Стандарт предусматривает асинхронный и синхронный режимы обмена, но в настоящее время практически используется только асинхронный, тем более, чтоCOM-порты поддерживают только асинхронный режим. В интерфейсе имеются две линии сигналов последовательных данных:TxD– передаваемые иRxD– принимаемые, а также несколько линий сигналов управления:RTSиCTS– первая пара квитирования,DTRиDSR– вторая пара квитирования,DCDиRI– сигналы состояния модема. Имеется общий проводSG- сигнальное заземление и линияPG– защитное заземление (корпус).
В интерфейсе используется небалансный метод передачи сигналов с несимметричными передатчиками и приемниками. Соединение передатчика и приемника приведено на рис. 14.1, где приняты следующие условные обозначения: T(Transmitter) – передатчик;R(Receiver) – приемник;TI(TransmitterInput) – цифровой вход передатчика;RO(ReceiverOutput) – цифровой выход приемника;UT– линейное напряжения на выходе передатчика иUR– на входе приемника.
Рис. 14.1. Соединение передатчика и приемника в интерфейсе RS-232
Уровни сигналов на выходах передатчиков должны быть в диапазоне от -15 до -5 В для представления логической 1 и в диапазоне от +5 до +15 В для представления логического 0. На практике величина напряжений логических уровней сигналов не превышает ±12 В.
Форматы передачи данных. В интерфейсе RS-232 используется асинхронный метод передачи последовательных данных. В отсутствие передачи сообщений линии данных находятся в состоянии логической 1. Сообщения передаются кадрами. Каждый кадр состоит из стартового бита, битов данных, бита паритета и стоповых битов. Старт-бит всегда имеет уровень логического 0. Количество битов данных по стандарту может быть 5, 6, 7 и 8. Чаще всего используются 8 или 7 битов. Количество стоп-битов: 1 или 2. Стоповые биты всегда имеют уровень логической 1. Биты данных передаются, начиная с младшего. Скорость передачи в RS-232 может выбираться из ряда: 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/с. Синхронизация генератора приемника осуществляется в момент поступления старт-бита из линии связи от передатчика.
Для преобразования параллельных данных в последовательные и наоборот, устройства, подключаемые к интерфейсу RS-232, должны иметь модуль универсального асинхронного приемопередатчика UART. Этот модуль работает, как правило, с сигналами ТТЛ-уровней. Для преобразования этих сигналов в уровни интерфейса RS-232 и наоборот используются передатчики и приемники.
Соединение устройств интерфейса. Стандарт RS-232 предполагает непосредственное соединение контактов разъемов устройств DTE и DCE. Если аппаратура DTE, например, два компьютера подключаются без модемов, то их разъемы соединяются между собой нуль-модемным кабелем. При этом возможно несколько вариантов подключения. На рис. а приведено соединение с полным протоколом квитирования. Оно требует 7 проводов кабеля. На рис. б приведен пример нуль-модемного соединения, которое требует только трех проводов кабеля для двустороннего обмена данными. Для того, чтобы устройства могли передавать данные по интерфейсу, их выходы RTS соединяются со своими входами CTS, а выходы DTR – со своими входами DSR и DCD. Таким образом, оба устройства DTE-1 и DTE-2 всегда будут готовы к передаче.
Соединение компьютеров нуль-модемным кабелем:
а) - с полным протоколом квитирования; б) - без сигналов квитирования
Управление потоком данных означает возможность остановить, а после этого возобновить передачу данных без их потери. Могут использоваться два варианта протокола: аппаратный и программный.
Аппаратный протокол управления потоком обычно использует пару сигналов квитирования RTS/CTS. При этом контакт RTS разъема одного устройства соединяется с контактом CTS разъема другого устройства. На рис. 14.3,а приведена схема подключения устройства DTE-1 (например, компьютера) к устройству DTE-2 (например, принтеру или контроллеру) при односторонней передаче.
Когда приемник (DTE-2) готов к приему, он устанавливает сигнал на контакте своего разъема RTS. Передатчик (DTE-1), получив этот сигнал на контакте CTS своего разъема, передает очередной байт данных. Если сигнал CTS на разъеме передатчика будет сброшен, то он прекращает передачу. Сообщение, которое уже начало передаваться, задержать сигналом CTS невозможно. Если необходима двусторонняя передача (дуплексный обмен), то аппаратный протокол требует перекрестного соединения линий RTS и CTS, как показано на рис. 14.3,б.
Программный протокол управления потоком заключается в посылке принимающей стороной специальных символов останова передачи XOFF и возобновления передачи XON. При этом предполагается наличие двунаправленного канала обмена данными. Работу этого протокола можно описать следующим образом. Передающее устройство посылает данные на контакт своего разъема TxD, а приемное принимает их с контакта RxD своего разъема. Если приемное устройство не может принимать данные, то оно посылает на линию связи (контакт TxD) байт-символ XOFF. Передатчик, приняв этот символ с контакта RxD, останавливает передачу. Затем, когда принимающее устройство снова становится готовым к приему данных, оно посылает байт-символ XON. Приняв его, передающее устройство возобновляет передачу.
Рис. 14.3. Соединение двух DTE с аппаратным протоколом управления потоком RTS/CTS: а) - при односторонней передаче; б) - при двусторонней передаче
Длина соединительного кабеля. Длина кабеля влияет на максимальную скорость передачи информации. Максимальная длина стандартного кабеля 15 метров при скорости передачи 19200 бит/с. При уменьшении скорости передачи длина кабеля может быть существенно увеличена.
Достоинства интерфейса RS-232: большой парк работающего оборудования, использующего этот стандарт; простота и дешевизна соединительного кабеля; простота и доступность программного обеспечения для работы с интерфейсом.
Недостатки интерфейса: невысокая скорость обмена; малая длина соединительного кабеля; невысокая помехоустойчивость; интерфейс предназначен для соединения, как правило, только двух устройств (передатчика и приемника).