Лекция 5. Тема 2.3 Последовательный интерфейс RS-232C

План

• Последовательные интерфейсы

• Способы последовательной передачи

• Физический уровень интерфейса

• Управление потоком данных

• Интерфейс RS – 232C

• Интерфейс «токовая петля»

• СОМ-порт

Последовательные интерфейсы

Последовательный интерфейс для передачи данных использует одну сигнальную линию, по которой информационные биты передаются друг за другом последовательно. Отсюда – название интерфейса и порта. Английские термины — Serial Interface и Serial Port (иногда их неправильно переводят как «серийные»).

Последовательная передача позволяет сократить количество сигнальных линий и увеличить дальность связи.

В ряде последовательных интерфейсов применяется гальваническая развязка внешних (обычно входных) сигналов от схемной земли устройства, что позволяет соединять устройства, находящиеся под разными потенциалами.

Способы последовательной передачи

Последовательная передача данных может осуществляться в асинхронном или синхронном режимах.

Асинхронный режим

При асинхронной передаче каждому байту предшествует старт-бит, сигнализирующий приемнику о начале посылки, за ним следуют биты данных и, возможно, бит паритета (четности).

Завершает посылку стоп-бит, гарантирующий паузу между посылками (рисунок 2.7).

Старт-бит следующего байта посылается в любой момент после стоп-бита, то есть между передачами возможны паузы произвольной длительности.

Старт-бит, всегда имеющий значение логического нуля, обеспечивает простой механизм синхронизации приемника. При условии, что приемник и передатчик работают на одной скорости обмена.

Синхронизация приемника происходит по каждому старт-биту, который обнуляет счетчик-делитель опорной частоты внутреннего генератора приемника.

Этот счетчик генерирует внутренние стробы, по которым приемник фиксирует последующие принимаемые биты. В идеале стробы располагаются в середине битовых интервалов, что позволяет принимать данные и при незначительном рассогласовании скоростей приемника и передатчика.

Очевидно, что при передаче 8 бит данных, одного контрольного и одного стоп-бита предельно допустимое рассогласование скоростей, при котором данные будут распознаны верно, не может превышать 5%.

Чем выше частота передачи и соответственно меньше коэффициент деления опорной частоты внутреннего генератора, тем больше погрешность привязки стробов к середине битового интервала, и требования к согласованности частот становятся более строгими.

Чем выше частота передачи, тем больше влияние искажений фронтов на фазу принимаемого сигнала.

Эти факторы требует повышения согласованности частот приемника и передатчика с ростом частоты обмена.

Режим асинхронной связи позволяет выявлять следующие ошибки передачи:

• Ошибка старт-бита

Если принят перепад, сигнализирующий о начале посылки, а по стробу старт-бита зафиксирован уровень логической единицы, старт-бит считается ложным и приемник снова переходит в состояние ожидания. Об этой ошибке приемник может и не сообщать;

• Ошибка стоп-бита

Если во время, отведенное под стоп-бит, обнаружен уровень логического нуля, фиксируется ошибка стоп-бита;

• Ошибка данных

Если применяется контроль четности, то после посылки бит данных передается контрольный бит. Этот бит дополняет количество единичных бит данных до четного или нечетного в зависимости от принятого соглашения. Прием байта с неверным значением контрольного бита приводит к фиксации ошибки.

• Обрыв линии

Ошибка возникает, если принимаются логический нуль, который сначала трактуется как старт-бит, и нулевые биты данных, потом срабатывает контроль стоп-бита.

Для асинхронного режима принят ряд стандартных скоростей обмена: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600 бит/сек

Асинхронный обмен в персональном компьютере реализуется СОМ-портом с использованием протокола RS-232C.

Синхронный режим

Синхронный режим передачи предполагает постоянную активность канала связи.

Передача начинается с синхробайта, за которым сразу же следует поток промышленных бит.

Если у передатчика нет данных для передачи, он заполняет паузу непрерывной посылкой байтов синхронизации.

Очевидно, что при передаче больших массивов данных, накладные расходы на синхронизацию аппаратуры в данном режиме будут ниже, чем в асинхронном.

Однако в синхронном режиме необходима внешняя синхронизация приемника с передатчиком, поскольку даже малое отклонение частот приведет к искажению принимаемых данных.

Внешняя синхронизация осуществляется либо отдельной линией для передачи сигнала синхронизации, либо с использованием самосинхронизирующего кодирования данных, при котором на стороне приемника из принятого сигнала могут быть выделены импульсы синхронизации.

В любом случае синхронный режим требует дорогих линий связи или оконечного оборудования. Для персональных компьютеров существуют специальные платы − адаптеры SDLC поддерживающие синхронный режим обмена.