4.3 Послідовні інтерфейси

 

Послідовні інтерфейси передають дані послідовно біт за бітом по одній лінії зв`язку. Частота, з якою передаються біти, називається швидкістю передачі і вимірюється в бодах (1 бод = 1 біт/с). В ПЕОМ використовують декілька значень швидкості передачі: 75, 110, 150, 600, 1200, 2400, 4800, 9600 бод. Найбільш поширеними інтерфейсами, які використовуються для підключення ДП є стик С2, RS-232, ИРПРС.

Послідовний інтерфейс RS-232 є найбільш поширеним. Він використовується в ПЕОМ для підключення різноманітного периферійного обладнання, в тому числі і ДП, для з`єднання з  модемами і для організації зв`язку з іншими ПЕОМ. Стандарт RS-232 був розроблений Асоціацією електронної промисловості (Electronic Industries Association) у 1969 р.

Відчизняним аналогом інтерфейсу RS-232 є інтерфейс стик С2. Лінії в послідовних інтерфейсах називаються колами. Кола стику С2 поділяються на дві групи: кола загального призначення (серія 100) та кола для автоматичного встановлення з`єднання (серія 200). Для підключення ДП використовуються кола серії 100.

 

Таблиця 4.6 – Розподілення сигналів інтерфейсу ИРПР-М по контактах

 

 

Інтерфейси RS-232 і Стик С2 допускають використання додаткових сигналів, що не регламентовані цими інтерфейсами. Для керування режимами роботи інтерфейсу в послідовних інтерфейсах типу RS-232 є спеціальні лінії квитування (handshaking lines).

В інтерфейсах коло може бути у двох станах: лог. 1 (стан MARK); лог. 0 (стан SPACE). Коли по колу немає передавання даних, то лінія знаходиться в стані МARK. Перелік кіл інтерфейсів RS-232 і стику С2, необхідних для підключення периферійного обладнання, наведено в таблиці 4.8, а призначення кіл інтерфейсів – у таблиці 4.9.

 

Таблиця 4.7 - Розподіл сигналів інтерфейсу ИРПР-М

 

Формат даних, що передаються для інтерфейсів RS-232 і стику С2, наведений на рисунку 4.4.

Рисунок 4.4 - Формат даних послідовного інтерфейсу

 

 

 

Таблиця 4.8 - Перелік кіл інтерфейсів RS-232 і стику С2

 

 

Таблиця 4.9 - Призначення кіл інтерфейсів RS-232 і стику С2

 

 

На початку пакета (блока даних, що передається через послідовний інтерфейс за один цикл роботи) знаходиться старт-біт (стартовий біт), який показує про початок передавання пакета через інтерфейс та синхронізацію передавального та приймального пристроїв. В зв’язку з тим, що передавання відбувається в асинхронному режимі, для визначення інтервалів часу передавання одного біта використовується внутрішній тактовий генератор пристрою. Стартовий біт переводить коло із стану МАRK в стан SPACE. При знаходженні початку старт-біта тактовий генератор відраховує половину тривалості передачі старт-біта та перевіряє стан кола. Якщо він не змінився, то вважається, що знайдена середина старт-біта. В протилежному випадку це була завада. Кількість старт-бітів у пакеті буває рівною 1; 1,5 або 2. Після старт-біта йдуть дані, що передаються. Розрядність даних може бути рівною 5, 7, або 8  біт. Далі йде необов`язковий біт парності (Р) і стоп-біт (стоповий біт), який сигналізує про кінець пакета. Стоп-біту відповідає стан кола MARK. Стоп-біти встановлюють мінімальний проміжок часу між закінченням передавання поточного байта та початком передавання наступного байта.

Проаналізуємо протоколи передачі даних. Протокол XON/XOFF найчастіше використовується в ДП з послідовним інтерфейсом. Прнцип дії цього протоколу полягає в тому, що для припинення передавання даних ДП надсилає до ПЕОМ по колу TxD (103) команду XOFF, а для поновлення передавання даних – команду XON. Часова діаграма протоколу наведена на рисунку 4.5.

Протокол передавання даних за сигналом “Готовність” функціонує в режимах побайтового та поблочного передавання даних. В деяких ДП  при використанні цього протоколу вводиться додатковий сигнал RCH, значення якого повністю збігається зі значенням сигналу DTR. У побайтовому режимі, якщо встановлено сигнал DTR (і RCH), ПЕОМ надсилає байт даних до ДП. Після приймання байта даних ДП знімає сигнал DTR (RCH). Пристрій знову встановлює цей сигнал, коли він готовий до приймання даних, якщо в буфері ДП є  місце (рисунок 4.6.).

 

 

Рисунок 4.5 - Часова діаграма передавання даних за протоколом XON/XOFF

 

 

 

 

Рисунок 4.6 - Часова діаграма передавання даних за сигналом “Готовність”

 

В поблочному режимі ПЕОМ надсилає дані до тих пір, поки встановлений сигнал DTR  (рис. 4.7), де під БД розуміють байт даних без бітів службової інформації.

Розглянемо протокол передавання даних за запитом (АСК). За цим протоколом ДП надсилає по колу ТхD (103) керуючий код АСК (код 6). Пристрій готовий до приймання даних, якщо сигнал DTR (108.2) встановлений. Якщо буфер ДП повний або пристрій не може приймати дані, то сигнал DTR (108.2) скидається (рисунок 4.8).

Проаналізуємо електричні параметри і фізичну реалізацію. Загальний опір навантаження за постійним струмом повинен бути 3…7 кОм. Рівні сигналів: MARK (лог.1) від -12 до –3 В; SPACE (лог. 0) від +3 до +12 В. Діапазон напруг +3…-3 В є перехідною зоною (зона, в якій рівень сигналу стає невизначеним). Для всіх кіл час проходження перехідної зони при зміні стану не повинен бути більшим 1 с. Максимальна довжина кабелю обмежується в основному допустимим спотворенням сигналу на приймальному кінці, впливом завад і різницею потенціалів зазамлених точок приймача та передавача.

В ПЕОМ для підключення інтерфейсу RS-232 використовується в основному 25-контактні з`єднувачі фірми Cannon, але зустрічаються й 9-контактні з`єднувачі (наприклад, в ІВМ РС/АТ). Розподілення кіл інтерфейсу для 25- і 9-контактних з`єднувачів наведено в таблиці 4.10.

 

 

 

Рисунок 4.7 - Часова діаграма передачі даних за сигналом “Готовність”

 

 

Рисунок 4.8 - Часова діаграма передавання даних за запитом (АСК)

 

Інтерфейс ИРПРС (Current Loop-струмова петля) є послідовним і призначений для радіального підключення пристроїв. Він забезпечує послідовне асинхронне передавання інформації в старт-стопному режимі (з буфером або без буфера) постійним струмом (струмова петля) по чотирипровідній дуплексній лінії зв`язку.

Розглянемо організацію інтерфейсу. Кола інтерфейсу наведені у таблиці 4.11. Сигнали з кола 2 передаються з приймача до джерела. Коло 2 (якщо є з`єднання) з`єднано з колом 1 в джерелі. Коло 2 в проміжку між символами, що передаються, знаходиться у стані “1”. Стан “1” або “0” продовжується протягом цілого інтервалу сигналу. Сигнали кола 1 передаються із джерела (ПЕОМ) в приймач (ДП). В джерелі сигнали є  “даними, що передаються”, а в приймачі “даними, що приймаються”.

 

Таблиця 4.10 - Розподілення кіл інтерфейсу RS-232 для 25- і         9 контактних з`єднувачів

 

 

Коло даних в проміжку між символами, що передаються знаходиться в стані “1”. Стан “1” або “0” повинен затримуватись протягом цілого інтервалу сигналу. У випадку, якщо пристрій призначений тільки для приймання, коло 1 залишається розімкнутим. Якщо джерело призначене тільки для передавання, то коло 2 залишається розімкнутим. Коло 3 в стані “1” вказує на готовність приймача до прийому даних. Стан “0” говорить про те, що приймач не готовий приймати дані. Рекомендований формат для пакета, що передається:

число стартових біт – 1 біт;

розрядність даних – 8 біт.

Проаналізуємо електричні параметри та фізичну реалізацію. Кожне коло повинне бути реалізоване так, щоб електроживлення при активному режимі роботи передавача забезпечувалось передавачем.

Напруга на вихідних затискачах активних кіл повинна бути не більшою 25 В.

Рівні лог. 1 та лог. 0 відповідають при струмовій петлі 40 мА.

      MARK (лог.1) від 30 до 50 мА;

      SPACE (лог. 0) від 0 до 5 мА;

при струмовій петлі 20 мА:

      MARK (лог.1) від 15 до 25 мА;

      SPACE (лог. 0) від 0 до 3 мА;

Спад напруги виміряне на контактах приймача в стані лог. 1 у колі, повинно бути не менше 2,5 В. Довжина інтерфейсного кабелю при швидкості передачі 9600 біт/с не повинна перевищувати 500 м. При більшій довжині кабелю швидкість передавання потрібно зменшити. Оптимальне розподілення кіл по контактах роз’єму наведене в таблиці 4.12.

 

 

Таблиця 4.11 - Кола інтерфейсу ИРПРС

 

 

 Таблиця 4.12 - Розподілення кіл інтерфейсу ИРПРС по контактах роз’єму