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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Interfaccia RS-232C. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Компьютеры L'interfaccia RS-232C è progettata per collegare apparecchiature che trasmettono o ricevono dati (DTE - apparecchiature terminali dati, o ADF - apparecchiature di trasmissione dati; DTE - apparecchiature terminali dati) alle apparecchiature terminali dei canali dati (DCE; DCE - apparecchiature di comunicazione dati ). Il ruolo dell'ADF può essere un computer, una stampante, un plotter e altre apparecchiature periferiche. Il modem di solito funge da DCE. Lo scopo finale di una connessione è collegare due ADF. Lo schema di collegamento completo è mostrato in fig. uno; L'interfaccia consente di eliminare il canale di comunicazione remoto insieme a una coppia di dispositivi DCE collegando i dispositivi direttamente tramite un cavo null modem (Fig. 1).
Lo standard descrive i segnali di controllo dell'interfaccia, il trasferimento dei dati, l'interfaccia elettrica e i tipi di connettore. Lo standard prevede modalità di comunicazione asincrona e sincrona, ma le porte COM supportano solo la modalità asincrona. Funzionalmente, RS-232C è equivalente all'interfaccia CCITT V.24/V.28 e C2, ma hanno nomi di segnale diversi. Lo standard RS-232C descrive trasmettitori e ricevitori single-ended: il segnale viene trasmesso rispetto a un filo comune - terra del circuito (i segnali differenziali bilanciati vengono utilizzati in altre interfacce, ad esempio RS-422). L'interfaccia non fornisce l'isolamento galvanico dei dispositivi. Uno logico (stato MARK) all'ingresso dati (segnale RxD) corrisponde a un intervallo di tensione da -12 a -3 V; zero logico - da +3 a +12 V (stato SPACE). Per gli ingressi dei segnali di controllo, lo stato ON corrisponde a un intervallo da +3 a +12 V, lo stato OFF corrisponde a -12 a -3 V. L'intervallo da -3 a +3 V è una zona morta che determina l'isteresi del ricevitore: lo stato della linea si riterrà cambiato solo dopo aver varcato la soglia (Fig. 3). I livelli del segnale sulle uscite del trasmettitore devono essere compresi tra -12 e -5 V e tra +5 e +12 V. La differenza di potenziale tra le masse del circuito (SG) dei dispositivi collegati deve essere inferiore a 2 V; con una differenza di potenziale maggiore è possibile che i segnali vengano percepiti in modo errato. Si noti che i segnali di livello TTL (agli ingressi e alle uscite dei chip UART) vengono trasmessi in codice diretto per le linee TxD e RxD e in codice inverso per tutte le altre. L'interfaccia presuppone un collegamento di terra di protezione per i dispositivi collegati se entrambi sono alimentati da alimentazione CA e dispongono di filtri di linea. Attenzione!
Il collegamento e lo scollegamento dei cavi di interfaccia dei dispositivi autoalimentati deve essere effettuato con l'alimentazione spenta. In caso contrario, la differenza nei potenziali irregolari dei dispositivi al momento della commutazione potrebbe essere applicata ai circuiti di interfaccia di uscita o ingresso (il che è più pericoloso) e danneggiare i microcircuiti. Lo standard RS-232C regola i tipi di connettori utilizzati. Sulle apparecchiature ADF (comprese le porte COM), è consuetudine installare connettori DB-25P o una versione più compatta - DB-9P. I connettori a nove pin non dispongono di pin per i segnali aggiuntivi richiesti per la modalità sincrona (la maggior parte dei connettori a 25 pin non utilizza questi pin). Le prese DB-25S o DB-9S sono installate su apparecchiature AKD (modem). Questa regola presuppone che i connettori AKD possano essere collegati ai connettori ADF direttamente o tramite cavi adattatori "dritti" da femmina a spina con pin collegati uno a uno. I cavi adattatori possono anche essere adattatori da 9 a connettori a 25 pin (Fig. 4). Se l'apparecchiatura ADF è collegata senza modem, i connettori del dispositivo (spine) sono collegati tra loro da un cavo null-modem (Zero-modem o Z-modem), che ha prese su entrambe le estremità, i cui contatti sono collegati trasversalmente secondo uno degli schemi di Fig. 5.
Se una presa è installata su qualsiasi dispositivo ADF, è quasi al 100% che deve essere collegata a un altro dispositivo con un cavo diretto, simile a un cavo di connessione modem. La presa è solitamente installata su quei dispositivi che non dispongono di una connessione remota tramite modem. In tavola. 1 mostra l'assegnazione dei pin delle porte COM (e di qualsiasi altro dispositivo di trasmissione dati ADF). I pin del connettore DB-25S sono definiti dallo standard EIA/TIA-232-E, il connettore DB-9S è definito dallo standard EIA/TIA-574. I modem (AKD) hanno lo stesso nome di circuiti e contatti, ma i ruoli dei segnali (ingresso-uscita) sono invertiti. Tabella 1. Connettori e segnali dell'interfaccia RS-232C
1 cavo piatto multischeda a 8 bit. 2 Cavo a nastro per multicard a 16 bit e porte su schede madri. 3 Opzione per porte per cavo a nastro sulle schede madri. 4 Cavo piatto largo a connettore a 25 pin. Consideriamo un sottoinsieme di segnali RS-232C legati alla modalità asincrona dal punto di vista della porta COM del PC. Per comodità, utilizzeremo il nome mnemonico adottato nelle descrizioni delle porte COM e della maggior parte dei dispositivi (differisce dalle designazioni senza volto di RS-232 e V.24). Ricordiamo che lo stato attivo dei segnali di controllo (“on”) e il valore zero del bit di dati trasmesso corrisponde a un potenziale positivo (superiore a +3 V) del segnale di interfaccia, e lo stato “off” e l'unità bit corrispondono a un potenziale negativo (sotto -3 V). Lo scopo dei segnali di interfaccia è riportato nella tabella. 2. La normale sequenza dei segnali di controllo nel caso di connessione di un modem a una porta COM è illustrata in Fig. 6. Tabella 2. Scopo dei segnali dell'interfaccia RS-232C
Da questa sequenza, le connessioni DTR-DSR e RTS-CTS nei cavi null modem diventano chiare. Modalità di trasferimento asincrona La modalità di trasferimento asincrona è orientata ai byte (orientata ai caratteri): l'unità minima di informazioni inviate è un byte (un carattere). Il formato di invio dei byte è illustrato in Fig. 7. La trasmissione di ogni byte inizia con un bit di inizio, che segnala al ricevitore di iniziare l'invio, seguito da bit di dati ed eventualmente da un bit di parità. Termina l'invio con un bit di stop, che garantisce una pausa tra gli invii. Il bit di inizio del byte successivo viene inviato in qualsiasi momento dopo il bit di stop, ovvero sono possibili pause di durata arbitraria tra le trasmissioni. Il bit di inizio, che ha sempre un valore rigorosamente definito (0 logico), fornisce un semplice meccanismo per sincronizzare il ricevitore con il segnale del trasmettitore. Si presume che il ricevitore e il trasmettitore funzionino alla stessa velocità di trasmissione. Il generatore di clock interno del ricevitore utilizza un contatore del divisore di frequenza di riferimento che viene azzerato quando viene ricevuto l'inizio del bit di avvio. Questo contatore genera stroboscopi interni, mediante i quali il ricevitore fissa i successivi bit ricevuti. Idealmente, gli stroboscopici si trovano a metà degli intervalli di bit, il che consente di ricevere dati anche con una leggera discrepanza nelle velocità del ricevitore e del trasmettitore. Ovviamente, quando si trasmettono 8 bit di dati, un bit di controllo e uno di stop, il massimo disadattamento di velocità consentito a cui i dati verranno riconosciuti correttamente non può superare il 5%. Tenendo conto delle distorsioni di fase e della discrezionalità del funzionamento del contatore di sincronizzazione interno, è effettivamente accettabile una deviazione di frequenza inferiore. Minore è il rapporto di divisione della frequenza di riferimento dell'oscillatore interno (maggiore è la frequenza di trasmissione), maggiore è l'errore di associazione dello stroboscopio al centro dell'intervallo di bit e i requisiti per la coerenza della frequenza diventano più severi. Maggiore è la frequenza di trasmissione, maggiore è l'effetto della distorsione del bordo sulla fase del segnale ricevuto. L'interazione di questi fattori porta ad un aumento dei requisiti per la coerenza delle frequenze del ricevitore e del trasmettitore con un aumento della frequenza di scambio.
Il formato di invio asincrono consente di rilevare possibili errori di trasmissione. Il formato di invio asincrono consente di rilevare possibili errori di trasmissione.
Per la modalità asincrona sono stati adottati alcuni tassi di cambio standard: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600 e 115200 bps. A volte viene utilizzato "baud" (baud) al posto dell'unità di misura "bps", ma questo non è corretto quando si considerano i segnali binari trasmessi. In baud, è consuetudine misurare la frequenza dei cambiamenti di stato della linea e, con un metodo di codifica non binario (ampiamente utilizzato nei moderni modem), il bit rate (bps) e i cambiamenti di segnale (baud) nel canale di comunicazione possono differire di diversi volte. Il numero di bit di dati può essere 5, 6, 7 o 8 (i formati a 5 e 6 bit non sono ampiamente utilizzati). Il numero di bit di stop può essere 1, 1,5 o 2 ("un bit e mezzo" indica solo la durata dell'intervallo di stop). Controllo del flusso di dati Per controllare il flusso di dati (Flow Control), è possibile utilizzare due opzioni di protocollo: hardware e software. Il controllo del flusso è talvolta confuso con l'handshake. L'handshaking implica l'invio di una notifica che un elemento è stato ricevuto, mentre il controllo del flusso implica l'invio di una notifica che i dati possono essere ricevuti o meno in un secondo momento. Il controllo del flusso si basa spesso su un meccanismo di handshake. Il protocollo di controllo del flusso hardware RTS/CTS (controllo del flusso hardware) utilizza il segnale CTS, che consente di interrompere la trasmissione dei dati se il ricevitore non è pronto a riceverli (Fig. 8). Il trasmettitore "rilascia" il byte successivo solo quando la linea CTS è attiva. Un byte che ha già iniziato a essere trasmesso non può essere ritardato dal segnale CTS (questo garantisce l'integrità del messaggio). Il protocollo hardware fornisce la risposta più rapida del trasmettitore allo stato del ricevitore. I chip dei ricetrasmettitori asincroni hanno almeno due registri nella parte ricevente: spostamento, per ricevere il messaggio successivo, e memoria, da cui viene letto il byte ricevuto. Ciò consente di implementare uno scambio utilizzando un protocollo hardware senza perdita di dati.
Il protocollo hardware è comodo da usare quando si collegano stampanti e plotter, se lo supportano. Quando si collegano due computer direttamente (senza modem), il protocollo hardware richiede un collegamento incrociato delle linee RTS - CTS. Con un collegamento diretto, il terminale trasmittente deve essere dotato dello stato "on" sulla linea CTS (collegando le proprie linee RTS - CTS), altrimenti il trasmettitore risulterà "silenzioso". I ricetrasmettitori 8250/16450/16550 utilizzati nel PC IBM non elaborano il segnale CTS nell'hardware, ma ne mostrano solo lo stato nel registro MSR. L'implementazione del protocollo RTS/CTS è assegnata al driver BIOS Int 14h e non è del tutto corretto chiamarlo "hardware". Se il programma che utilizza la porta COM interagisce con l'UART a livello di registro (e non tramite il BIOS), elabora il segnale CTS per supportare questo protocollo stesso. Numerosi programmi di comunicazione consentono di ignorare il segnale CTS (a meno che non venga utilizzato un modem) e non è necessario collegare l'ingresso CTS all'uscita nemmeno del proprio segnale RTS. Tuttavia, esistono altri ricetrasmettitori (ad esempio, 8251), in cui il segnale CTS viene elaborato dall'hardware. Per loro, così come per i programmi "onesti", è obbligatorio l'utilizzo del segnale CTS sui connettori (e anche sui cavi). Il protocollo del software di controllo del flusso XON/XOFF presuppone la presenza di un canale dati bidirezionale. Il protocollo funziona come segue: se il dispositivo che riceve i dati rileva i motivi per cui non può più riceverli, invia il carattere byte XOFF (13h) sul canale seriale inverso. Il dispositivo opposto, dopo aver ricevuto questo carattere, sospende la trasmissione. Quando il dispositivo ricevente è pronto a ricevere nuovamente i dati, invia un carattere XON (11h), al ricevimento del quale il dispositivo opposto riprende la trasmissione. Il tempo di risposta del trasmettitore al cambiamento dello stato del ricevitore, rispetto al protocollo hardware, aumenta almeno del tempo di trasmissione di un carattere (XON o XOFF) più il tempo di risposta del programma del trasmettitore alla ricezione di un carattere ( Fig. 9). Ne consegue che i dati senza perdita di dati possono essere ricevuti solo da un ricevitore che dispone di un buffer di dati ricevuti aggiuntivo e segnala in anticipo l'indisponibilità (avendo spazio libero nel buffer).
Il vantaggio del protocollo software è che non è necessario trasmettere segnali di controllo dell'interfaccia: il cavo minimo per lo scambio bidirezionale può avere solo 3 fili (vedi Fig. 5, a). Lo svantaggio, oltre alla presenza obbligatoria di un buffer e un tempo di risposta più lungo (riducendo le prestazioni complessive del canale a causa dell'attesa del segnale XON), è la complessità dell'implementazione di una modalità di scambio full duplex. In questo caso, i caratteri di controllo del flusso devono essere estratti (ed elaborati) dal flusso di dati ricevuti, il che limita l'insieme dei caratteri trasmessi. Oltre a questi due protocolli standard comuni supportati sia dalla PU che dal sistema operativo, ce ne sono altri. Pubblicazione: cxem.net
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