Интерфейс RS-232

1. Основные технические характеристики интерфейса RS-232. В чем его недостатки?

2. В каких случаях целесообразно использование этого интерфейса?

3. В каких случаях используется минимальная конфигурация нуль-модемного кабеля? максимальная?

4. С помощью каких сигналов можно реализовать аппаратный протокол обмена?

5. В каких случаях целесообразно использование программного протокола обмена? как?

6. Какие ограничения на вид передаваемой информации характерны при программном протоколе обмена?

7. Как оценить скорость передачи при аппаратном и программном протоколах обмена?

8. Какими средствами можно реализовать мультиплексирование/демультиплексирование каналов в RS-232?

9. Как обеспечивается электрическое согласование сигналов?

10. Какие технические средства необходимы для согласования внешних устройств с RS-232?

1. Основные технические характеристики интерфейса RS-232. В чем его недостатки?

Основные характеристики интерфейса RS-232:

Ø поддерживается топология соединения – «точка-точка»

Ø направление передачи – дуплексная и полудуплексная

Ø режим обмена – асинхронный (в последовательных каналах ПЭВМ) и синхронный (реализуется с помощью специальных адаптеров SDLC)

Ø метод кодирования информации – NRZ

Ø используемые сигналы – потенциальные(несимметричные), уровень логического нуля: 3..25В, уровень логической единицы: -3..-25В, в ПЭВМ используются уровни +12..-12В

Ø скорость передачи информации – от 110 бит/сек до 11500 бит/сек

Ø количество линий передачи информации и служебных сигналов – до 25

Ø стандартные разъемы – DB25, DB9 или Mini DIN8

Недостатки RS-232:

· Отсутствие в линии напряжения питания;

· Конфигурация точка-точка, поэтому расширение количества портов RS-232 возможно либо за счет увеличения количества портов (до 4-х) или использования мультиплексоров, демультиплексоров;

· Относительно высокая скорость обмена;

Использование этого интерфейса в задачах сбора и обработки измерительной информации целесообразно, если требуется высокая точность измерения и относительно низкие скорости.

· Ограниченная длина линий (15 м.);

Несимметричный сигнал (потенциальный).

2. В каких случаях целесообразно использование этого интерфейса?

В настоящее время порт последовательной передачи данных используется очень широко.

§ подключение мыши;

§ подключение графопостроителей (плоттеров), сканеров, принтеров, диджитайзеров;

§ связь двух компьютеров через порты последовательной передачи данных с использованием специального кабеля и таких программ, как FastWire II или Norton Commander;

§ подключение модемов для передачи данных по телефонным линиям;

§ подключение к сети персональных компьютеров.

Практически каждый компьютер оборудован хотя бы одним портом для последовательной передачи данных.

3. В каких случаях используется минимальная конфигурация нуль-модемного кабеля? максимальная?

Входы TxD и RxD используются устройствами DTE и DCE по-разному. Устройство DTE использует линию TxD для передачи данных, а линию RxD — для приема данных. И наоборот, устройство DCE использует линию TxD для приема, а линию RxD — для передачи данных.

Если понадобится соединить два персональных компьютера друг с другом, то необходимо произвести перекрестное соединение линий TxD и RxD. Однако часто этого недостаточно, т к. для устройств DTE и DCE функции, выполняемые линиями DSR, DTR, DCD, CTS и RTS, асимметричны. Устройство DTE подает сигнал DTR и ожидает получения сигналов DSR и DCD. В свою очередь, DCE подает сигналы DSR, DCD и ожидает получения сигнала DTR. Таким образом, если вы соедините вместе два устройства DTE, то они не смогут " договориться" друг с другом и осуществить процесс подтверждения связи.

Для решения этих проблем при соединении двух устройств типа DTE (DCE) используется специальный кабель, часто называемый нуль-модемом.

4. С помощью каких сигналов можно реализовать аппаратный протокол обмена?

При аппаратном управлении потоком для приостановки и последующего возобновления передачи используют специальные линии интерфейса

DCE могут использовать два типа аппаратного управления потоком: однонаправленный и двунаправленный. Однонаправленное аппаратное управление потоком аналогично методу управления XON/XOFF. Вместо передачи знака XOFF местному терминалу модем переводит в низкое логическое состояние уровень сигнала на линии CTS (" Готов к передаче").

При изменении уровня сигнала CTS, DTE прекращает передачу данных по последовательному порту. Передача данных возобновляется, когда DCE переводит уровень сигнала на линии CTS в высокое логическое состояние, что для последовательного порта аналогично передаче сигнала XON.

DTE может запретить DCE передавать данные в его сторону. Это возможно только тогда, когда действует двунаправленное аппаратное управление потоком. При таком управлении потоком линия CTS используется точно также, как и при однонаправленном управлении. Кроме того, DCE останавливает передачу данных к DTE, если последний переводит в низкое состояние уровень сигнала на линии RTS (105) (" Запрос передачи"). DCE возобновляет передачу при переходе уровеня сигнала на линии RTS в высокое логическое состояние. Для большинства применений эффективен однонаправленный метод управления потоком.

5. В каких случаях целесообразно использование программного протокола обмена? как?

Программный метод управления потоком, или метод XON/XOFF, заключается в следующем:

§ передача знака XOFF (код DC3h ASCII) по линии TxD (103) для сообщения местному или удаленному DTE о необходимости прерывания потока информации;

§ передача знака XON (код DClh ASCII) по линии RxD (104) для сообщения местному или удаленному DTE о необходимости восстановления потока информации.

Если управление потоком разрешено по канальному интерфейсу модема и по последовательному порту, и знак XOFF принят по каналу связи, то этот знак заставляет модем приостановить передачу данных из своего буфера в канал связи.

Буфер модема заполняется в процессе передачи данных местным DTE через последовательный порт. Если буфер заполнился, модем передает знак XOFF через последовательной порт, который сообщает местному DTE-устройству о необходимости прервать передачу. Местное DTE возобновляет передачу данных только в том случае, если оно принимает знак XON от модема или по каналу связи от удаленной системы (через местный модем). Это заставляет местное DTE-устройство возобновить передачу данных.

Преимущество этого метода заключается в возможности применения соединения между компьютером и модемом (DTE—DCE) с использованием небольшого числа проводников.

6. Какие ограничения на вид передаваемой информации характерны при программном протоколе обмена?

При передаче кода ASCII обычно XOFF кодируется 13h, а XON – 11h, хотя возможно использование других числовых значений, не встречающихся в передаваемых данных. Также возможна реализация программного протокола обмена с использованием сигналов DTR и DSR, доступ к которым обеспечивается через регистры управления модемом MCR и состояния модема MSR.

7. Как оценить скорость передачи при аппаратном и программном протоколах обмена?

Скорость передачи в зависимости от длины линии приемника и передатчика: от 115 кбит\с и менее.

В протоколе RS-232 существуют два метода управления обменом данных: аппаратный и программный.

Аппаратный метод управления реализуется с помощью сигналов RTS и CTS. Для передачи данных хост (компьютер) устанавливает сигнал RTS и ждет установки устройством сигнала CTS, после чего начинает передачу данных до тех пор, пока сигнал CTS установлен. Сигнал CTS проверяется хостом непосредственно перед началом передачи очередного байта, поэтому байт, который уже начал передаваться, будет передан полностью независимо от значения CTS. В полудуплексном режиме обмена данными (устройство и хост передают данные по очереди, в полнодуплексном режиме они могут делать это одновременно) снятие сигнала RTS хостом означает его переход в режим приема.

Программный метод управления заключается в передаче принимающей стороной специальных символов остановки (символ с кодом 0x13, называемый XOFF) и возобновления (символ с кодом 0x11, называемый XON) передачи. При получении данных символов передающая сторона должна соответственно остановить передачу или возобновить ее (при наличии данных, ожидающих передачи). Этот метод проще с точки зрения реализации аппаратуры, однако обеспечивает более медленную реакцию и соответственно требует заблаговременного извещения передатчика при уменьшении свободного места в приемном буфере до определенного предела.

8. Какими средствами можно реализовать мультиплексирование/демультиплексирование каналов в RS-232?

9. Как обеспечивается электрическое согласование сигналов?

Преобразователи уровней

10. Какие технические средства необходимы для согласования внешних устройств с RS-232?

Связь с ПЭВМ осуществляется через адаптер, состоящий из преобразователя уровней и преобразователя кода. В зависимости от особенностей системы и функциональных устройств внутренний интерфейс может быть выполнен на базе параллельных и последовательных магистралей.

При разработке нестандартных магистралей в качестве преобразователя можно использовать программируемые адаптеры последовательного интерфейса. Однако для всех этих микросхем требуется процессорное управление. В качестве преобразователей уровней следует выбирать микросхемы, для работы которых требуется один источник питания, а в корпусе содержатся как приемники так и передатчики.

Возможна реализация преобразователя кода на универсальных сдвиговых регистрах, управление которыми осуществляется аппаратным формированием соответствующих уровней сигналов. Наиболее целесообразно использование в качестве преобразователей кодов ОМК, имеющих асинхронный приемопередатчик и ПЗУ с флэш-памятью.