3.9 Малые периферийные интерфейсы
3.9.1 Интерфейс rs-232
Интерфейс RS-232 – стандартный интерфейс, предназначенный для последовательной двоичной передачи данных между терминальным (DTE, Data Terminal Equipment) и связным (DCE, Data Communications Equipment) оборудованием [38, 37, 54, 7556, 89].
Ассоциация электронной промышленности (EIA) развивает стандарты по передаче данных. Стандарты EIA имеют префикс "RS". "RS" означает рекомендуемый стандарт, но сейчас стандарты просто обозначаются как "EIA" стандарты. RS-232 был введен в 1962, в 1969 была представлена третья редакция (RS-232C). Четвертая редакция была в 1987 (RS-232D, известная также под EIA-232D). RS-232 идентичен стандартам МККТТ (CCITT) V.24/V.28, X.20bis/X.21bis и ISO IS2110.
Рис. 88. Соединение двух удаленных терминалов при помощи модемов.
Чтобы не составить неправильного представления об интерфейсе RS-232, необходимо отчетливо понимать различие между этими видами оборудования. Терминальное оборудование, например микрокомпьютер, может посылать и
150
(или) принимать данные по последовательному интерфейсу. Оно как бы оканчивает (terminate) последовательную линию. Связное оборудование – устройства, которые могут упростить передачу данных совместно с терминальным оборудованием. Наглядным примером связного оборудования служит модем (модулятор–демодулятор). Он оказывается соединительным звеном в последовательной цепочке между компьютером и телефонной линией.
Рис. 89. Соединение двух терминалов при помощи null-modem кабеля.
Различие между терминальными и связными устройствами довольно расплывчато, поэтому возникают некоторые сложности в понимании того, к какому типу оборудования относится то или иное устройство. Рассмотрим ситуацию с принтером. К какому оборудованию его отнести? Как связать два компьютера, когда они оба действуют как терминальное оборудование.
Для ответа на эти вопросы следует рассмотреть физическое соединение устройств. Информация передается по проводам с уровнями сигналов, отличающимися от обычных уровней цифрового сигнала (5В, 3,3В и т.п.), для обеспечения большей устойчивости к помехам. Асинхронная передача данных осуществляется с установленной скоростью при синхронизации уровнем сигнала стартового импульса. RS-232 используется для передачи данных на небольшое расстояние (единицы - десятки метров) с небольшой скоростью (обычно, не быстрее 115200 бит/с). Для формирования уровня сигнала используются микросхемы приѐмопередатчиков, а для формирования и распознавания посылок – микросхемы UART.
Модуль универсального синхронно-асинхронного приемопередатчика (Universal Synchronous/Asynchronous Receiver and Transmitter, USART) стал стандартом «де-факто» среди контроллеров последовательного обмена. В названии часто опускают слово «синхронный», и модуль не совсем корректно именуется UART (чисто асинхронные приемопередатчики сейчас встречаются достаточно редко). Характеристики последовательного порта UART не позволяют производить приѐм и передачу данных за пределы печатной платы. Для связи с другими устройствами сигнал от UART необходимо пропустить через приѐмопередатчик, работающий в одном из стандартов: RS-232, RS-485, RS-422.
Обычно модули UART в асинхронном режиме поддерживают протокол обмена для интерфейса RS-232 (8N1 или 9N1); в синхронном режиме – нестандартные синхронные протоколы, в некоторых случаях – протокол SPI.
151
Приемопередатчик – преобразователь уровня, как правило, в интегральном исполнении. Предназначен для преобразования электрических сигналов из уровня ТТЛ в уровень, соответствующий физическому уровню определенного стандарта.
Контроллер UART обычно содержит:
1. Источник тактирования (обычно с увеличенной частотой тактирования по сравнению со скоростью обмена, чтобы иметь возможность отслеживать состояние линии передачи данных в середине передачи бита).
2. Входные и выходные сдвиговые регистры.
3. Регистры управления приемом/передачей данных, чтением/записью.
4. Буферы приема/передачи.
5. Параллельная шина данных для буферов приема/передачи.
6. FIFO-буферы памяти (опционально). Ошибки UART:
1. Overrun Error (ошибка из-за повышенной скорости передачи, переполнение буфера приема).
Эта ошибка случается, когда приемник UART не успевает обрабатывать приходящие из канала символы, т. е. буфер переполняется.
2. Framing Error (ошибка кадрирования).
Эта ошибка случается, когда фиксируется некорректное состояние линии данных в момент передачи старт- или стоп-бита. Например, после передачи 8 бит данных приемник ожидает перехода линии в стоп-состояние, но этого не происходит.
3. Break Condition (сигнал прерывания передачи, разрыва связи).
Этот сигнал информирует о том, что входная линия данных находилась в неизменном нулевом состоянии в течение времени, больше передачи одного символа. В буфере приема нулевой байт. Некоторые устройства используют такую последовательность, чтобы сообщить передатчику, например, о переходе на другую скорость обмена данными.
Существуют и другие ошибки, отслеживаемые контроллером UART.