Урок 9 Управление приборами

C. Последовательная связь

Связь через последовательный порт применяется для передачи данных между компьютером и периферийным устройством (например, программируемым прибором) или другим компьютером. При последовательной связи данные передаются от передатчика к приемнику бит за битом по одной линии. Последовательный порт используется в тех случаях, когда скорость передачи невысока или когда нужно передавать данные на большое расстояние. Большинство компьютеров имеют как минимум один встроенный последовательный порт (COM-порт), поэтому из дополнительного оборудования требуется только кабель для соединения компьютера с прибором или компьютера с компьютером.

1

3

76.6F

2

Рис. 9-1. Связь с прибором через последовательный интерфейс.

Для последовательной связи необходимо указать четыре параметра: скорость передачи в бодах, количество битов данных на один символ, наличие/отсутствие бита четности и количество стоповых битов. Каждому передаваемому символу предшествует стартовый бит.

Скорость передачи измеряется в бодах. Один бод (baud) соответствует одному изменению состояния сигнала в секунду.

Биты данных передаются в инвертированном виде, начиная от младшего бита (LSB, least significant bit) и заканчивая старшим (MSB, most significant bit). Таким образом, биты нужно читать справа налево, при этом единице соответствует отрицательное напряжение, а нулю — положительное.

Необязательный бит четности следует сразу за битами данных и также передается с инверсией. Этот бит предназначен для контроля ошибок. Предварительно нужно указать, будет ли использоваться проверка на четность или нечетность. Если выбрана проверка на нечетность, то бит четности устанавливается так, чтобы число единиц в битах данных вместе с битом четности было нечетным.

Передача символа завершается 1, 1.5 или 2 стоповыми битами, которые всегда представлены отрицательным напряжением. Если на данном символе передача завершается, то линия остается в отрицательном (MARK) состоянии. Передача следующего символа (если он есть) начинается со стартового бита, представленного положительным (SPACE) напряжением.

Урок 9 Управление приборами

На рис. 9-2 показано, как выглядит передача буквы m.

Space

Mark

Битовый интервал

Кадр символа

Рис. 9-2. Передача буквы m.

Интерфейс RS-232 использует только два уровня напряжения, называемых MARK и SPACE. В такой двухуровневой схеме кодирования скорость передачи в бодах равна скорости в битах, включая управляющие биты.

MARK обозначает отрицательное напряжение, а SPACE — положительное. На предыдущей иллюстрации показано, как выглядит идеализированный сигнал на экране осциллографа. Таблица истинности для RS-232 выглядит следующим образом:

Сигнал > +3 В = 0 Сигнал < –3 В = 1

Уровень выходного сигнала обычно меняется от +12 до –12 В. Область нечувствительности между +3 и –3 В предназначена для того, чтобы устранить влияние шумов в линии.

Стартовый бит сигнализирует о начале передачи очередного символа переходом от отрицательного (MARK) к положительному (SPACE) напряжению. Его длительность в секундах является обратной величиной от скорости в бодах. Если прибор передает данные на скорости 9600 бод, длительность стартового и всех последующих битов составляет около 0.104 мс. Кадр длиной в 11 битов будет передан за 1.146 мс.

Интерпретация сигнала на рис. 9-2 дает 1101101 в двоичной системе или 6D в шестнадцатеричной. По таблице ASCII находим, что это буква m.

В данном случае используется контроль по нечетности. Среди битов данных пять единиц, а поскольку это число уже нечетное, бит четности устанавливается в нуль.

Скорость передачи данных

Для вычисления максимальной скорости передачи в символах в секунду нужно разделить скорость в бодах на количество битов в кадре. В предыдущем примере кадр содержит 11 битов. Если скорость передачи составляет 9600 бод, получаем 9600 / 11 = 872 символа в секунду. Учтите, что это максимальная скорость передачи символов. Устройство может и не достичь такой скорости по ряду причин.

Урок 9 Управление приборами

Стандарты последовательных портов

Ниже перечислены наиболее распространенные стандарты, рекомендуемые для связи через последовательный порт.

•RS-232 (ANSI/EIA-232): универсальный интерфейс,

используется, в частности, для подключения мыши, принтера или модема, а также в промышленных приборах. Благодаря совершенствованию линейных драйверов и кабелей связь часто возможна на больших скоростях и расстояниях, чем предусмотрено стандартом. Применение RS-232 ограничено двухточечными соединениями между последовательным портом PC и устройствами.

•RS-422 (AIA RS-422A): использует дифференциальный электрический сигнал в отличие от несимметричного сигнала с опорной землей в RS-232. Дифференциальная передача, при которой для передачи и приема используются по две линии, обеспечивает лучшую помехоустойчивость и большую дальность по сравнению с RS-232.

•RS-485 (EIA-485): разновидность RS-422, обеспечивает подключение до 32 устройств к одному порту и имеет электрические характеристики, гарантирующие достаточные уровни напряжений при максимальной нагрузке. Это позволяет создавать сети устройств, присоединенных к одному порту RS485. Благодаря помехоустойчивости и многоточечности RS-485 особенно привлекателен для промышленных применений, где требуется соединять с PC или другим контроллером много распределенных устройств для сбора данных или управления.