Общие сведения о стандарте RS-232

Область применения RS-232

 

Стандарт RS-232 определяет взаимосвязи терминального оборудования ввода данных (DTE) и оконечного оборудования линии связи (DCE), использующих последовательный обмен двоичных данных.Стандарт RS-232 включает тринадцать определенных конфигураций интерфейса, обозначенных латинскими буквами A-M.И одной пользовательской конфигурацией, обозначаемой Z. Конфигурация интерфейса должна указываться производителем коммуникационного оборудования. Конфигурация интерфейса определяет состав сигналов, синхронность, порядок выставления сигналов, скорость и др.

Стандарт RS-232 предназначен для использования на скоростях, не превышающих 20 000 бит/сек.

Стандарт RS-232 применяется в системах с общими электрическими проводами и не может применяться в системах где требуется гальваническая развязка цепей.

Стандарт RS-232 может применяться в синхронных и асинхронных системах последовательной передачи двоичных данных.

Основные свойства COM портов

 

Работа коммуникационных портов реализована на универсальных асинхронных приемопередатчиках UART.UART- это микросхемы, которые работают по стандарту RS-232C в конфигурации D с опцией коммутируемых служб(см.п.2.5.5)Для СОМ порта компьютера используется 25-ти штырьковый разъем DB25p согласно стандарта RS-232C или 9-ти штырьковый разъем DE9p согласно стандарта TIA-574.В этом разъеме используется шесть сервисных сигналов и один дуплексный канал связи.

 

Режимы обмена данными

 

1) Полнодуплексный обмен данными

Означает, что можно одновременно передавать и принимать поток данных. Существуют два аппаратное и программное независимых канала передачи данных.

Один канал для передачи данных, другой канал для приема данных. Причем COM-портам безразлично, чем занят процессор в это время, у них присутствуют собственные буферы приема и передачи данных. В этих буферах данные выстраиваться в очередь на передачу и очередь на прочтение данных процессором. Любая программа может обратиться к СОМ-порту и получить данные из его буфера, тем самым очистив его. Естественно буферы не безграничны, их размер задается при конфигурировании портов. Интерфейсы RS-485, Modbus, USB и др. (за исключением сетевых протоколов) являются полудуплексными и физически не способны вести обмен данными в обоих направлениях одновременно.

2) Набор сервисных сигналов

Сервисные сигналы, предусмотренные стандартом RS-232c, позволяют организовать обмен данными между двумя устройствами одновременно в обоих направлениях. Сервисные сигналы представлены отдельными цифровыми входами и выходами с памятью. Например, кода по телефону на модем поступал звонок со станции, модем по 9-му контакту (RI) сообщал РС, что ему позвонили, и начиналась процедура обмена данных. Причем с помощью сервисных сигналов РС и модем могли приостановить обмен данных или заставить повторить их. Вариантов использования сервисных сигналов большое множество. Разработчик может использовать их по своему усмотрению. Например, с помощью этих сигналов удобно опрашивать контакты концевых выключателей или фотодатчиков, а также можно включать/выключать различные устройства или запитывать слаботочное устройство.

3) Программная независимость

UART полностью реализован аппаратно и не зависит от программного обеспечения и ОС.

4 Асинхронная передача данных по каналу связи

Означает то, что РС может послать данные на конечное устройство, не заботясь о синхронности их поступления. Конечное устройство само подстраивается под полученные данные. В синхронных протоколах для этого служит специальный сигнал, передающийся по отдельному проводу. В коммуникационных портах синхросигнал встроен в каждый передаваемый символ, в виде стартового и стопового бита.Метод, которым синхронизируются данные по стандарту RS-232С, стал общеупотребительным для всех асинхронных протоколов обмена данными.

 

Уровни сигналов UART

 

Уровни сигналов универсального передатчика UART COM порта изображены на рисунке 6.

 

Рисунок 6 - Уровни сигналов UART по стандарту RS-232c

Исходные состояния:

¾ порт не инициализирован - на всех линиях напряжения находятся в диапазоне -3в...+3в

¾ режим ожидания - на всех линиях напряжение находится в диапазоне -3в...-12в

 

Передача данных через UART

 

При передаче данных символы передаются из буфера передатчика последовательно по принципу «первым пришел - первым вышел» (рисунок 7). Специально назвал символами, а не байтами, так как символы могут иметь размер от 5 до 8 бит. Каждый переданный символ снабжается стартовым и стоповым битами, предназначенным для синхронизации на приемной стороне. После стартового бита следуют биты данных, начиная с младшего бита и заканчивая старшим. 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.

 

Рисунок 7 - Показана передача символов "0" "0" без паритета, с одним стоповым битом

 

На рисунке 7 хорошо видно, что стоповый бит разделяет два переданных символа. При необходимости можно увеличить этот интервал до 2 стоповых битов, если конечное устройство не успевает разделять символы. На рисунке 8 показана передача символов с проверкой на четность (EVEN) с одним стоповым битом.

 

Рисунок 8 - Показана передача символов "0" "0" с проверкой на четность (EVEN), с одним стоповым битом

 

Соединительные кабели

 

Модемное соединение

 

Модемное соединение подразумевает соединение двух компьютеров (DTE) через модемы (DCE). Модемы (модуляторы-демодуляторы) - специальные устройства, позволяющие вести обмен данными практически на неограниченное расстояния, используя для этого модуляцию и демодуляцию информационных сигналов. Поэтому модемное соединение подразумевает подключение СОМ-порта компьютера (DTE) к конечному устройству (DCE). Обычно в таком соединении используют аппаратный режим синхронизации Handshaking=2. Этот режим позволяет модемам управлять процессом передачи данных. Схема типичного модемного кабеля изображена на рисунке 12.

 

Рисунок 12 - Типичный модемный кабель

 

Содержание отчёта

 

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

- титульный лист;

- название и цель работы;

- ответы на контрольные вопросы.

 

4 Контрольные вопросы

 

1) Общие сведения о стандарте RS-232.

2) Уровни сигналов для стандарта RS-232C.

3) Характеристики сигналов для стандарта RS-232.

4) Обозначение и цоколёвка разъемов для интерфейса стандарта RS-232.

5) Функциональное описание сигналов обмена для разъёма DB9.

6) Технические характеристики COM портов.

7) Назначение сигналов СОМ порта по стандарту RS-232C.

8) Передача данных через UART.

9) Соединительные кабели для подключения по стандарту RS-232C.

10) Организация обмена данных при аппаратном режиме синхронизации RTS/CTS.

11) Организация обмена данных при программном режиме синхронизации XON/XOFF.

 

Общие сведения о стандарте RS-232

 

RS-232 (Recommended Standard 232) - стандарт описывающий интерфейс для последовательной двунаправленной передачи данных между терминалом (DTE, Data Terminal Equipment) и конечным устройством (DCE, Data Circuit-Terminating Equipment).Это легендарный стандарт, который появился в 60-х годах 20 века, и стал основой для всех последующих интерфейсов последовательного обмена данными.

Интерфейс RS-232C был применен в первых персональных компьютерах фирмы IBM и до сегодняшнего дня входит в структуру любого персонального компьютера в аппаратном или программном виде. Решения, которые заложены в этот стандарт, используются практически повсеместно. Невозможно считать себя промышленным программистом не зная этого стандарта. Интерфейс RS-232 полностью аппаратно реализован на персональных компьютерах в виде микросхем и разъемов. В PC его называют COM-портом (Communication port). Аппаратная реализация означает то, что он работает всегда, не зависимо, какая операционная система установлена на PC (он работает и без ОС). Программы могут взаимодействовать с СОМ-портами всеми доступными средствами: прямым кодом микропроцессора, аппаратными прерываниями, функциями BIOS, средствами ОС, компонентами языков высокого уровня.

СОМ порт реализованный по стандарту RS-232- универсален. Он обеспечивал работу PC с периферийными устройствами (чем сейчас занят USB), взаимодействие с локальной сетью через модем (Ethernet), обмен данными между PC и промышленным оборудованием (ModBus и др.), чтобы разбираться как работают эти протоколы необходимо понимать какую функцию СОМ порта они взяли на себя.

В 60-х годах прошлого века началось бурное развитие телекоммуникационных технологий. Многочисленные фирмы США и других стран, выпускавшие оборудования связи, использовали собственные стандарты передачи данных. Использование этого оборудования вызывало проблемы их совместимости. Разъёмы, электрические характеристики сигналов, сервисные сигналы, способы синхронизации были различны у разных фирм. Одни протоколы кодировали символы 4 битами, другие 5 битами и т.д. до 8 бит. Отсутствие международного стандарта по последовательной передаче данных тормозило развитие телекоммуникационной отрасли.

В 1962 году Electronics Industries Association (EIA) разработало рекомендации для производителей оборудования, назвав их "Рекомендованный стандарт 232". Интерфейс RS-232 был разработан максимально универсальным, что позволяло многим производителям легко переделать своё оборудование под этот стандарт. Кодировать символы допускалось от 5 до 8 бит, напряжение сигнала могло быть от ±3 до ±25 В и т.д. Было предусмотрено 16 сервисных сигналов, использование которых было не обязательно. Допускалась работа, как в синхронном, так и асинхронном режиме передачи данных. Такая лояльность стандарта устраивала производителей телекоммуникационного оборудования.

В 1969 году EIA выпустила редакцию стандарта RS-232C, в котором был учтен семилетний опыт применения стандарта RS-232A/В. Окончательно был узаконен 25 штырьковый разъем DB25 и электрические характеристики сигнала. Эта редакция стала основным интерфейсом передачи данных по последовательным каналам связи на многие годы вперед. Международные и национальные стандарты стали включать части стандарта RS-232C в свои структуры. В 1983 году фирма IBM выпустила персональные компьютеры IBM XT и 1984 году IBM AT с встроенными универсальными приемопередатчиками UART. UART разрабатывались по стандарту RS-232C, он поддерживал передачу данных только в асинхронном режиме. IBM XT поддерживал до 4-х независимых UART, которые назывались COM-портами (Communication port). Первоначально разъемы СОМ-портов соответствовали стандарту RS-232C, т.е. использовали 25 штырьковый разъем DB25p. Большая часть сервисных сигналов RS-232C в UART не использовалась. Поэтому фирма IBM стала использовать в своих компьютерах 9-ти штырьковые разъемы DE9p, в которых использовались шесть сервисных сигналов стандарта RS-232C. Чтобы узаконить использование этого разъема TIA выпустила новый стандарт TIA-574. Стандарт TIA-574 разрешал использовать 9 штырьковый разъем в телекоммуникационном оборудовании, работающем по стандарту RS-232C.

С развитием международных и национальных стандартов в области телекоммуникаций, роль EIA стала уменьшаться. В 1986 году EIA для подержания своего имиджа заменило название стандартов с RS на EIA. Роль ассоциации продолжала падать и её обязанности перешли к родственной ассоциации TIA. Ассоциация TIA выпустила ещё две редакции стандарта RS-232C с наименованием TIA/EIA 232-E (1991) и TIA/EIA 232-F (1997). Ничего нового в последовательной передаче данных эти стандарты не привнесли, они практически полностью повторяют стандарт RS-232C. В 1997 году ассоциация EIA перестала существовать, её наследником стал альянс производителей промышленной электроники. Сегодня EIA и TIA торговые организации.

 

Область применения RS-232

 

Стандарт RS-232 определяет взаимосвязи терминального оборудования ввода данных (DTE) и оконечного оборудования линии связи (DCE), использующих последовательный обмен двоичных данных.Стандарт RS-232 включает тринадцать определенных конфигураций интерфейса, обозначенных латинскими буквами A-M.И одной пользовательской конфигурацией, обозначаемой Z. Конфигурация интерфейса должна указываться производителем коммуникационного оборудования. Конфигурация интерфейса определяет состав сигналов, синхронность, порядок выставления сигналов, скорость и др.

Стандарт RS-232 предназначен для использования на скоростях, не превышающих 20 000 бит/сек.

Стандарт RS-232 применяется в системах с общими электрическими проводами и не может применяться в системах где требуется гальваническая развязка цепей.

Стандарт RS-232 может применяться в синхронных и асинхронных системах последовательной передачи двоичных данных.