В.А. Авдеев, В.Ф. Гузик
Компьютеры: шины, контроллеры, периферийные устройства
Учебное пособие. Таганрог: ТРТУ, 2001. - 536 с.

6. Периферийные интерфейсы

6.1. Последовательный интерфейс RS-232

Последовательный синхронно-асинхронный, периферийный интерфейс RS-232 (стык C2) предназначен для сопряжения оконечного оборудования данных (DTE) с аппаратурой передачи данных (DCE). Для обозначения персонального компьютера (ПК), терминала или любого устройства используется аббревиатура ООД(DTE), а для обозначения, например, модема - АПД(DCE).

Модем (модулятор - демодулятор) – устройство, преобразующее цифровые сигналы в аналоговые и наоборот. Модем используется для связи ООД по телефонным линиям связи (рис.6.1).

Рис. 6.1. Схема сопряжения двух ПК

Для подключения модема к ПК необходима плата связного контроллера (адаптера), преобразующего параллельный код в последовательный при передаче данных в модем и последовательный код в параллельный при передаче данных из модема в ПК в соответствии с заданным протоколом связи. Для построения связных контроллеров (CК) или COM-портов используются микросхемы универсальных асинхронных и синхронно-асинхронных приемопередатчиков (УАПП, УСАПП). В табл.6.1 представлены основные сигналы RS-232, в которой направление передачи сигнала указанно относительно ООД.

Таблица 6.1

Примечание: I-ввод, 0-вывод

Общий вид вилочной части разъемов DB25P(а) и DB9P показан соответственно на рис.6.2 а и б.

Рис. 6.2. Вилочная часть разъемов DB25P (а) и DB9P (б)

Сигнал DCD (обнаружение несущей) положительным уровнем указывает ООД о наличии установленной связи.

По линиям –RxD и –TxD относительно ООД выполняется соответственно прием и передача последовательных данных.

Положительные уровни сигналов DTR (готовность терминала) и DSR (готовность модема) определяют соответственно, что устройства ООД и АПД подключены к линиям связи.

Сигнал RTS (запрос передатчика) положительного уровня формируется ООД перед подачей данных и сохраняется на все время передачи.

Ответный сигнал CTS (свободно для передачи) устанавливается АПД до конца передачи с целью сообщения ООД о готовности к приему данных.

Сигнал RI (индикатор звонка) активизируется АПД при поступлении в него телефонного вызова. Линия GND (сигнальная земля) является второй линией передаваемых сигналов.

В интерфейсе RS-232 логическая единица для усилителя-приемника соответствует напряжению, находящемуся в диапазоне от –3В до –25В (маркеру), а логический ноль – в диапазоне от +3В до +25 (пробелу). Диапазон от –3В до +3В является диапазоном нечувствительности и необходим для устранения электрических шумов на линиях, длина которых не более 15м.

Сигналы, в которых логическая единица представлена низким уровнем, называются биполярными. Биполярные сигналы RS-232 обладают более лучшими энергетическими характеристиками, чем униполярные сигналы ТТЛ. Средняя мощность, выделяемая биполярными сигналами на нагрузочном резисторе, равна половине средней мощности униполярного сигнала, выделяемой на том же резисторе.

   Рассмотрим сигналы сопряжения устройств с помощью интерфейса RS-232. На рис.6.3 изображена схема связи ООД (ПК) и АПД (модема) в асинхронном режиме.

Рис. 6.3. Схема связи ООД и АПД

Стандарт RS-232 разработан для соединения ПК и модема и линии связи объединяют контакты с одинаковыми номерами. В том случае, когда необходимо выполнить безусловную передачу данных (без учета сигнала квитирования) в устройство, обеспечивающее прием данных с достаточной скоростью, может быть использован упрощенный вариант связи ООД и АПД, например программатора ПЗУ (рис.6.4).

Рис. 6.4. Упрощенная схема связи ООД и АПД

В представленной схеме ООД и АПД используют разъем DB9 и схемы УАПП с биполярными формирователями и приемниками, входы и выходы которых закоммутированы в соответствии с см. рис.6.4. УАПП необходимы для согласования параллельного интерфейса с последовательным и содержат выводы, соответствующие обозначениям линий интерфейса RS-232.

Некоторые печатающие устройства (ПУ) имеют возможность подключения к последовательному порту (УАПП) ПК с помощью интерфейса RS-232. В этом случае ПУ также используют микросхему УАПП с формирователями и приёмниками биполярных сигналов, необходимыми для сопряжения с интерфейсом RS-232.

Для согласования работы с ПК ПУ после приема каждого символа формирует сигнал  (подтверждение приема), после активизации которого ПК передает очередной символ, т.е. сигнал  является сигналом готовности ПУ к приему очередного символа. Здесь ПУ рассматривается как ООД и для формирования сигнала  используется вывод (контакт) 4 разъема DB9 интерфейса RS-232.

На рис.6.5 изображена схема связи ООД (ПК) и ООД (ПУ).

Рис. 6.5. Схема связи ООД (ПК) и ООД (ПУ)

Для реализации связи двух ПК с помощью интерфейса RS-232 (связи типа ООД-ООД) применяется кабель нуль - модема, специальный кабель с коммутацией соответствующих линий интерфейса RS-232. Один из вариантов нуль–модема (пустого модема) представлен на рис.6.6.

Рис. 6.6. Схема нуль-модема

Для проверки интерфейса RS-232,УАПП, формирователей биполярных сигналов (микросхем 1488) и приемников биполярных сигналов (микросхем 1489) необходимо соединить контакты розеточной части разъема DB9S следующим образом (рис.6.7).

Рис. 6.7. Схема проверки связного контроллера
(последовательного порта)

Розеточная часть DB9S вставляется в штырьковую часть DB9P разъема последовательного порта для соединения выхода микросхемы 1488 (выхода УАПП) со входом микросхемы 1489 (входом УАПП). Затем с помощью соответствующей ассемблерной программы (см. приложение В “Тестирование последовательного порта”) выполняется проверка СОМ - порта, причем в программе бит D4 регистра управления модемом УАПП должен быть равен 0 (исключается режим внутренней проверки). Схема (см. рис.6.7) позволяет дополнительно к другим схемам проверить работу формирователей и приемников биполярных сигналов. На рис.6.8 представлена цоколевка микросхем 1488 и 1489.

Примечание: С – управление гистерезисом (ТТЛ), А и В – входы, Y – выход RS-232.

Рис. 6.8. Цоколевка микросхем 1488 и 1489

В табл.6.2 представлена таблица истинности работы микросхемы 1488.

Таблица 6.2

Рассмотрим функционирование СОМ – порта и модема в асинхронном режиме. На рис.6.9 показана схема связи СОМ – портов и модемов в асинхронном режиме.

Рис.6.9.Схема сопряжения COM – портов и модемов в асинхронном режиме

При обнаружении тонального сигнала готовности (сигнала фиксированной частоты), поступающего из модема – приемника (пр), в модеме – передатчике (пер) устанавливается сигнал DCD (обнаружение модулируемой несущей ). Сигнал DCD имеет положительный (активный) уровень при приеме или передаче данных и указывает, что линией связи можно пользоваться. COM – порт (пер), получив сигнал DCD, устанавливает на все время передачи сигнал RTS (запрос передачи), разрешающий модуляцию аналоговых сигналов в модеме (пер). Кроме того, сигнал RTS участвует в формировании ответного сигнала CTS (свободно для передачи), поступающего в COM – порт (пер) с некоторой задержкой по отношению к сигналу RTS. Сигнал CTS будет активен пока не будет сброшен сигнал RTS. После получения сигнала CTS COM – порт (пер) выполняет последовательную передачу данных по линии TxD.

На другом конце линии связи COM-порт (пр) осуществляет ввод данных с линии RxD, если установлен сигнал DCD, формируемый на выходе модема (пр). COM-порт (пер) выполняет передачу, а COM-порт (пр) – прием последовательных данных, имеющих стартстопный формат. COM-порт может работать в знаковом или блоковом режиме. При осуществлении знакового режима символ передается сразу, как только он был набран на клавиатуре. В блоковом режиме символ помещается в буферную память и хранится там до тех пор, пока не будет введен управляющий знак. Скорость передачи данных обычно программируется в УАПП или устанавливается автоматически после приема соответствующих символов. Значения скорости передачи следующие : 300, 600, 1200, ...,19200 бит/с.

На рис. 6.10 представлена схема сопряжения COM–портов и модемов в синхронном режиме с учетом разъема DB25 и сигналов синхронизации передатчика (ТС) и приемника (RC).

Рис. 6.10. Схема сопряжения COM-портов и модемов в синхронном режиме

Во время передачи битов данных сигналы синхронизации ТС определяют моменты перехода этих битов из высокого уровня в низкий и наоборот. Модем (пер) при наличии сигнала DCD передает в линию связи аналоговые сигналы, представляющие собой модулируемые данные и составляющие синхронизации.

Модем (пр) постоянно настраивает сигналы синхронизации RC в соответствии с компонентами синхронизации, получаемыми из аналоговой линии связи. Отрицательные фронты сигналов синхронизации RC определяют середину битов данных. Прием данных по линии RxD осуществляется COM – портом (пр) при установленном сигнале DCD.

Похожие материалы:
Последовательная шина IEEE1394
Последнее слово подсудимого - ст.293 УПК РФ
Посещение учреждений и органов, исполняющих наказания
Последствия неиспользования товарного знака
Последствия неосновательной передачи права другому лицу - ст.1106 ГК РФ
Последствия безработицы и регулирование уровня безработицы