Докумет. Документ. Архитектура последовательного порта
 Скачать 162.22 Kb.
|
Архитектура последовательного портаВ области промышленной автоматизации актуальным является использование последовательных асинхронных интерфейсов UART, задокументированных стандартами RS-232 и RS-485. Ключевыми преимуществами данных интерфейсов являются простота монтажа и использования, а также широкий спектр совместимо-го оборудования. 1.1. Стандарт последовательной передачи RS-232Данный стандарт был введен в действие организацией EIA (США) в 1969 г. под названием RS-232-C (Recommended Standard). Стандарты RS-XXX являются условно стандартными, поскольку аббревиатура RS содержит “мягкое” слово “Recommended Standard” – “рекомендованный стандарт”. Эти рекомендации исходят от американской организации EIA, RS-232-подобный стандарт описан в ГОСТ 18145-81. Первоначально протокол, описанный в стандарте, предназначался для подключения к аппаратуре, предназначенной для передачи данных (Data Terminal Equipment – DTE) устройств, отвечающих за непосредственное соединение с линией передачи (Data Communication Equipment – DCE). Полное название “Интерфейс между терминальным оборудованием и связным оборудованием с обменом по последовательному двоичному коду”. Каждое слово в названии значимое, оно определяет интерфейс между терминалом (DTE) и модемом (DCE) по передаче последовательных данных. В качестве первого устройства, как правило, выступал компьютер, а в качестве второго – модем, соединенный с линией связи. В дальнейшем область применения протокола расширялась. Он использовался для подключения к компьютеру периферийных устройств прикладного назначения (принтер, сканер, мышь и др.), а также для связи компьютеров между собой. В настоящее время основная область его применения – связь со специализированными устройствами автоматизации (счетчики электроэнергии, расхода ресурсов и т. п.). Интерфейс RS-232C предусматривает передачу и приём информации по несимметричной линии, то есть сигнал передаётся относительно общего провода. Логической единице соответствует уровень -12 …-3 В, логическому нулю +3…+12 В. Далее будем называть такое оборудование наиболее распространенными терминами – “интерфейс RS-232C”, или “последовательный асинхронный интерфейс”. Последовательный интерфейс RS-232 – это промышленный стандарт для последовательной двунаправленной асинхронной передачи данных между двумя устройствами на расстоянии до 15 метров. Информация передается по проводам с уровнями сигналов, отличающимися от стандартных 5 В, для обеспечения большей устойчивости к помехам. Асинхронная передача данных осуществляется с установленной скоростью при синхронизации уровнем сигнала стартового импульса. Стандартные физические порты, используемые промышленными сетями: RS-232, RS-422, RS-485. Подавляющее большинство сетей использует наиболее мощный по числу узлов в сети и наиболее скоростной по передаче данных порт RS-485. RS-232 широко используется в промышленных средствах автоматизации. Он обеспечивает соединение «точка к точке» между последовательным портом контроллера и приборами. Часто, за счет усовершенствования передатчика и кабеля, достигаются большие длина линии и скорость, чем зафиксировано в стандарте. Популярность интерфейса RS-232C объясняется его универсальностью по диапазону скоростей передачи информации (от 50 до 115000 бит в секунду), “прозрачностью”, т.е. отсутствием запрещенных к передаче кодовых комбинаций, наличием специализированных БИС и ИС, на которых достаточно эффективно реализуется данный интерфейс, простотой конструкции соединительных кабелей. Микросхемы, на основе которых строится интерфейс RS-232C, обычно называют универсальными асинхронными приемниками – передатчиками (universal asynchronous receiver transmitter или UART). 1.1.1 Основные параметры и характеристики RS-232Обычно, ПК имели в своем составе два интерфейса RS-232C, которые обозначались COM1 и COM2. Была возможна установка дополнительного оборудования, которое обеспечивало функционирование в составе ПК четырех, восьми и шестнадцати интерфейсов RS-232C. В современных ПК разъемы для последовательного интерфейса на корпусе системного блока отсутствуют. Как правило, они заменены на набор выводов прямо на материнской плате. Работа коммуникационных портов реализована на универсальных асинхронных приемопередатчиках UART. Для СОМ порта компьютера используется 9-ти штырьковый разъем DE9p. В этом разъеме используется шесть сервисных сигналов и два канала обмена последовательными данными. Интерфейс между терминалом (DTE) и модемом (DCE) по передаче последовательных данных Устройства для связи по последовательному каналу соединяются кабелями с девятью или двадцатью пятью контактными разъемами типа DE-9, DB-25, CANNON 9, CANNON 25 и т.д: D-образный 9-ти или 25-пиновый разъем типа male для DTE устройства D-образный 9-ти или 25-пиновый разъем типа female для DCE-устройства.  Интерфейс UART (Uuniversal Asynchronous Rreceiver/Ttransmitter) так же можно отнести к разновидности интерфейса RS-232, с той разницей, что он является наиболее “полной” его разновидностью. Скорость передачи данных по интерфейсу UART может достирать до 2764800 бит/с. Принципиальными отличиями в структуре интерфейса UART является то, что если в интерфейс RS-232 значение “Стоп-бит” могло принимать значения 1; 1,5 и 2, то интерфейс UART имеет значения “Стоп-бит” только 1 и 2. Дополнительно в интерфейсе UART добавлено понятие “Направление бит” и “Уровень холостого хода”. Направление бит означает какие биты информации передаются первыми – старшие (MSB) или младшие (LSB). Уровень холостого хода, в отличие от интерфейса RS-232, в котором при отсутствии передачи информации, уровень на шине принимает низкое значение или уровень логического нуля, в интерфейсе UART при отсутствии передачи информации, уровень на шине может принимать как низкое значение (уровень логического нуля), так и высокое значение (уровень логической единицы). Уровни сигналов UART UART использует уровни сигналов -12 В…+12 В. Зоной нечувствительности – отсутствие сигналов – считается напряжение -3 В…+3 В. При этом принимаемые/передаваемые данные инвертированы.  Рис. Уровни сигналов UART по стандарту RS-232c Исходные состояния порта порт не инициализирован – на всех линиях напряжения находятся в диапазоне -3 В…+3 В режим ожидания – на всех линиях напряжение находится в диапазоне -3 В…-12 В 1.1.3 Передача данных через UART При передаче данных символы передаются из буфера передатчика последовательно (первым пришел – первым вышел). На рис. показан вид сигнала на информационной линии интерфейса RS-232C. Логической единице соответствует напряжение -12 В, а логическому нулю – +12 В.  Передача символов “0” “0” без паритета, с одним стоповым битом За последним битом данных символа может следовать бит паритета, служащий для обнаружения ошибки передачи битов данных. Последним передается стоповый бит, который необходим для временного разделения переданных символов. Стоповый бит разделяет два переданных символа. При необходимости можно увеличить этот интервал до 2 стоповых битов, если конечное устройство не успевает разделять символы.  Передача символов “0” “0” с проверкой на четность (EVEN), с одним стоповым битомX  Рассмотрим пример передачи через интерфейс передается числа 0101010b, соответствующее кодировке символа «U». Следует обращать внимание, что последовательность старших и младших бит при дальнейших преобразованиях должна быть соблюдена: «Бит 7»-«Бит 6»-«Бит 5»-«Бит 4»-«Бит 3»-«Бит 2»-«Бит 1»-«Бит 0».
Количество стоповых бит может быть увеличено пользователем ПК до 2. Стартовый бит единственен. |
