При таком способе данные передаются последовательно, по одному проводу бит за битом. Формат посылки - 1 байт данных, а также некоторое количество контрольных бит, при этом не все из них обязательно должны присутствовать при передаче.
Обмен информацией между периферийным устройством и компьютером по интерфейсу RS232 двусторонний, поэтому данные могут как считываться компьютером из периферийного устройства, так и отправляться компьютером в периферийное устройство.
В большинстве компьютеров установлен специальный коммуникационный разъем(COM-порт); в некоторых компьютерах может быть два (СОМ1 и COM2) или более COM-портов. К порту компьютера подключается кабель данных для связи с периферийным устройством. Кабель состоит из нескольких проводников, которые называют линиями последовательного интерфейса.
На рис. 1 показан формат данных, отправляемых по линии данных TxD интерфейса RS232. Как видно из рисунка, передача начинается со стартового бита, затем передается от пяти до восьми бит данных, далее следует необязательный бит паритета или четности и завершают передачу один или два стоповых бита. На практике чаще всего используется 8 бит данных; два стоп-бита (для большей надежности при высоких скоростях обмена).
Состояние линии интерфейса RS232 при отсутствии передачи называется Mark (отметка), состояние линии при начале передачи (стартовый бит) — Space (пробел). Низкий уровень напряжения относительно "земли" на линии в состоянии Mark соответствует от -3 до -15 В, высокий уровень напряжения линии в состоянии Space - от +3 до +15 В. В интервале -3...+3 В состояние линии не определено. На практике чаще всего высокий уровень напряжения составляет около +10 В, низкий — около -10 В. Иногда напряжения могут быть уменьшены соответственно до +5 и -5 В. Такие значения используются, когда от интерфейса не требуется высокая скорость передачи, а устройство, которое обменивается данными с компьютером по линии RS232, имеет автономное питание от батареи и критично к расходу энергии.
Чтобы избежать путаницы, договоримся условно называть логическим нулем низкий уровень напряжения на линии интерфейса в состоянии Mark (-10 В) и логической единицей — высокий уровень на линии в состоянии Space (+10 В). Такие уровни логического нуля и единицы не соответствуют стандартным. Во-первых, стандартный высокий TTL-уровень, или логическая единица, соответствует +5 В, низкий уровень, или логический ноль, соответствует 0 В. Можно увидеть явную аналогию по соответсвующим уровням напряжений. Во-вторых, при подаче высокого TTL-уровня (логическая единица) на вход передатчика RS232 на его выходе получаем низкий уровень напряжения (логический ноль). По этой причине довольно часто состояние Mark называют логической единицей, что может привести к путанице. И, наконец, в-третьих, при программировании интерфейса RS232 в компьютере, например, для установки на линии DTR высокого уровня напряжения, необходимо установить бит, управляющий линией DTR, в 1 (out 3fch,l).
Кроме уровней напряжений линии интерфейса RS232 важной характеристикой также является скорость изменений состояний из логической единицы в логический ноль и обратно, т.е. длительностью фронта и длительностью спада сигнала. Значения длительности связаны со скоростью обмена, которая измеряется в битах в секунду (или в бодах). Максимальная возможная скорость обмена по линии RS232 составляет 115200 бод (для компьютера). Если используется пакет из 8 бит данных без контроля по паритету и с одним стоповым битом, то вместе со стартовым битом такой пакет будет состоять из 10 бит. Нетрудно подсчитать, что в этом случае время передачи каждого бита будет равно около 8,68 мкс. В соответствующих справочных данных - datasheet производители микросхем - преобразователей уровней RS232 указывают скорость обмена конкретной модели преобразователя, или скорость изменения сигналов из логической единицы в логический ноль и обратно. Значение этой скорости в большинстве случаев должно быть больше или равно 30 В/мкс.
Вот как осуществляется передача по линии одного импульса, длительность которого соответствует времени передачи 1 бита при скорости обмена 115200 бод. При уровнях логической единицы и логического нуля соответственно +10 и -10 В и скорости изменения состояний линии из логического нуля в логическую единицу и обратно, равной 30 В/мкс, длительность фронта и спада импульса будет равна (каждая) около 0,67 мкс (в сумме 1,33 мкс). Таким образом, длительность состояния линии в логической единице будет 8,68 - 1,33 = 7,35 мкс, что будет соответствовать примерно 84,7% длительности всего импульса. Превышение длительностей фронта и спада импульса и, как следствие, уменьшение данного процентного соотношения может привести к срыву обмена и потере данных.
Необходимо отметить, что далеко не все микросхемы - преобразователи уровней интерфейсов RS232 способны обеспечить столь высокую скорость обмена данными, хотя некоторые микросхемы могут работать даже значительно быстрее, передавая данные на скоростях до 460 кбод. Еще одна особенность заключается в том, что высокую скорость обмена данных в 115 кбод могут обеспечить только высокоскоростные оптроны (если речь идет о гальванической развязке). На практике в промышленных устройствах чаще всего используются следующие скорости обмена: 9600, 115200 и 57600 бод.
Распиновка - расположение контактов в разъеме RS-232 DB9 и DB25.
Адреса по умолчанию для COM портов: COM1=3f8h, COM2=2f8h, COM3=3e8h, COM4=2e8h. COM1 занимает адресное простанство от 3f8h до 3ffh
Установка скорости обмена. В порт с адресом 3fbh записываем байт 80h, затем в 3f8h - младший байт делителя максимально возможной скорости 115200, далее в порт 3f9h старший байт делителя. Старший байт используется редко и служит для установки малых скоростей.
Время выполнения запроса: 0,00202894210815 секунд.
RS -232 – это название стандарта (RS– рекомендуемый стандарт, 232 – его номер), который был разработан в 60-х годах прошлого века для подключения к компьютеру внешних устройств (принтера, сканера, мыши и др.), а также связи компьютеров между собой. ИнтерфейсRS-232 разрабатывался для соединения устройств двух видов: терминального и связного. Терминальное оборудование (DTE), например компьютер, может посылать или принимать данные по последовательному интерфейсу. Связное оборудование (DCE) понимается как устройство, которое может практически реализовать последовательную передачу данных.
Наиболее часто в качестве DCEиспользуется модем, организующий обмен информацией с использованием телефонных линий связи. Возможно также соединение двухDTE-устройств, например, компьютеров непосредственно с помощью интерфейсаRS-232 без использования модемов. СтандартRS-232 описывает виды и параметры сигналов, способы их передачи, типы разъемов.
Разъемы RS -232. Применяются 25-контактный разъемDB-25 или более компактный 9-контактный вариантDB-9.
Сигналы RS -232. Стандарт предусматривает асинхронный и синхронный режимы обмена, но в настоящее время практически используется только асинхронный, тем более, чтоCOM-порты поддерживают только асинхронный режим. В интерфейсе имеются две линии сигналов последовательных данных:TxD– передаваемые иRxD– принимаемые, а также несколько линий сигналов управления:RTSиCTS– первая пара квитирования,DTRиDSR– вторая пара квитирования,DCDиRI– сигналы состояния модема. Имеется общий проводSG- сигнальное заземление и линияPG– защитное заземление (корпус).
В интерфейсе используется небалансный метод передачи сигналов с несимметричными передатчиками и приемниками. Соединение передатчика и приемника приведено на рис. 14.1, где приняты следующие условные обозначения: T(Transmitter) – передатчик;R(Receiver) – приемник;TI(TransmitterInput) – цифровой вход передатчика;RO(ReceiverOutput) – цифровой выход приемника;U T – линейное напряжения на выходе передатчика иU R – на входе приемника.
Рис. 14.1. Соединение передатчика и приемника в интерфейсе RS-232
Уровни сигналов на выходах передатчиков должны быть в диапазоне от -15 до -5 В для представления логической 1 и в диапазоне от +5 до +15 В для представления логического 0. На практике величина напряжений логических уровней сигналов не превышает ±12 В.
Форматы передачи данных. В интерфейсе RS-232 используется асинхронный метод передачи последовательных данных. В отсутствие передачи сообщений линии данных находятся в состоянии логической 1. Сообщения передаются кадрами. Каждый кадр состоит из стартового бита, битов данных, бита паритета и стоповых битов. Старт-бит всегда имеет уровень логического 0. Количество битов данных по стандарту может быть 5, 6, 7 и 8. Чаще всего используются 8 или 7 битов. Количество стоп-битов: 1 или 2. Стоповые биты всегда имеют уровень логической 1. Биты данных передаются, начиная с младшего. Скорость передачи в RS-232 может выбираться из ряда: 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/с. Синхронизация генератора приемника осуществляется в момент поступления старт-бита из линии связи от передатчика.
Для преобразования параллельных данных в последовательные и наоборот, устройства, подключаемые к интерфейсу RS-232, должны иметь модуль универсального асинхронного приемопередатчика UART. Этот модуль работает, как правило, с сигналами ТТЛ-уровней. Для преобразования этих сигналов в уровни интерфейса RS-232 и наоборот используются передатчики и приемники.
Соединение устройств интерфейса. Стандарт RS-232 предполагает непосредственное соединение контактов разъемов устройств DTE и DCE. Если аппаратура DTE, например, два компьютера подключаются без модемов, то их разъемы соединяются между собой нуль-модемным кабелем. При этом возможно несколько вариантов подключения. На рис. а приведено соединение с полным протоколом квитирования. Оно требует 7 проводов кабеля. На рис. б приведен пример нуль-модемного соединения, которое требует только трех проводов кабеля для двустороннего обмена данными. Для того, чтобы устройства могли передавать данные по интерфейсу, их выходы RTS соединяются со своими входами CTS, а выходы DTR – со своими входами DSR и DCD. Таким образом, оба устройства DTE-1 и DTE-2 всегда будут готовы к передаче.
Соединение компьютеров нуль-модемным кабелем:
а) - с полным протоколом квитирования; б) - без сигналов квитирования
Управление потоком данных означает возможность остановить, а после этого возобновить передачу данных без их потери. Могут использоваться два варианта протокола: аппаратный и программный.
Аппаратный протокол управления потоком обычно использует пару сигналов квитирования RTS/CTS. При этом контакт RTS разъема одного устройства соединяется с контактом CTS разъема другого устройства. На рис. 14.3,а приведена схема подключения устройства DTE-1 (например, компьютера) к устройству DTE-2 (например, принтеру или контроллеру) при односторонней передаче.
Когда приемник (DTE-2) готов к приему, он устанавливает сигнал на контакте своего разъема RTS. Передатчик (DTE-1), получив этот сигнал на контакте CTS своего разъема, передает очередной байт данных. Если сигнал CTS на разъеме передатчика будет сброшен, то он прекращает передачу. Сообщение, которое уже начало передаваться, задержать сигналом CTS невозможно. Если необходима двусторонняя передача (дуплексный обмен), то аппаратный протокол требует перекрестного соединения линий RTS и CTS, как показано на рис. 14.3,б.
Программный протокол управления потоком заключается в посылке принимающей стороной специальных символов останова передачи XOFF и возобновления передачи XON. При этом предполагается наличие двунаправленного канала обмена данными. Работу этого протокола можно описать следующим образом. Передающее устройство посылает данные на контакт своего разъема TxD, а приемное принимает их с контакта RxD своего разъема. Если приемное устройство не может принимать данные, то оно посылает на линию связи (контакт TxD) байт-символ XOFF. Передатчик, приняв этот символ с контакта RxD, останавливает передачу. Затем, когда принимающее устройство снова становится готовым к приему данных, оно посылает байт-символ XON. Приняв его, передающее устройство возобновляет передачу.
Рис. 14.3. Соединение двух DTE с аппаратным протоколом управления потоком RTS/CTS: а) - при односторонней передаче; б) - при двусторонней передаче
Длина соединительного кабеля. Длина кабеля влияет на максимальную скорость передачи информации. Максимальная длина стандартного кабеля 15 метров при скорости передачи 19200 бит/с. При уменьшении скорости передачи длина кабеля может быть существенно увеличена.
Достоинства интерфейса RS -232 : большой парк работающего оборудования, использующего этот стандарт; простота и дешевизна соединительного кабеля; простота и доступность программного обеспечения для работы с интерфейсом.
Недостатки интерфейса : невысокая скорость обмена; малая длина соединительного кабеля; невысокая помехоустойчивость; интерфейс предназначен для соединения, как правило, только двух устройств (передатчика и приемника).
Интерфейс RS-232C предназначен для подключения аппаратуры, передающей или принимающей данные (ООД - оконечное оборудование данных, или АПД - аппаратура передачи данных; DTE - Data Terminal Equipment), к оконечной аппаратуре каналов данных (АКД; DCE - Data Communication Equipment). В роли АПД может выступать компьютер, принтер, плоттер и другое периферийное оборудование. В роли АКД обычно выступает модем. Конечной целью подключения является соединение двух устройств АПД. Полная схема соединения приведена на рис. 1; интерфейс позволяет исключить канал удаленной связи вместе с парой устройств АКД, соединив устройства непосредственно с помощью нуль-модемного кабеля (рис. 2).
Рис.1. Полная схема соединения по RS-232C
Рис.2. Соединение по RS-232C нуль-модемным кабелем
Стандарт описывает управляющие сигналы интерфейса, пересылку данных, электрический интерфейс и типы разъемов. В стандарте предусмотрены асинхронный и синхронный режимы обмена, но COM-порты поддерживают только асинхронный режим. Функционально RS-232C эквивалентен стандарту МККТТ V.24/ V.28 и стыку С2, но они имеют различные названия сигналов.
Стандарт RS-232C описывает несимметричные передатчики и приемники - сигнал передается относительно общего провода - схемной земли (симметричные дифференциальные сигналы используются в других интерфейсах - например, RS-422). Интерфейс не обеспечивает гальванической развязки устройств. Логической единице (состояние MARK) на входе данных (сигнал RxD) соответствует диапазон напряжения от –12 до –3 В; логическому нулю - от +3 до +12 В (состояние SPACE). Для входов управляющих сигналов состоянию ON (“включено”) соответствует диапазон от +3 до +12 В, состоянию OFF (“выключено”) - от –12 до –3 В. Диапазон от –3 до +3 В - зона нечувствительности, обусловливающая гистерезис приемника: состояние линии будет считаться измененным только после пересечения порога (рис. 3). Уровни сигналов на выходах передатчиков должны быть в диапазонах от –12 до –5 В и от +5 до +12 В. Разность потенциалов между схемными землями (SG) соединяемых устройств должна быть менее 2 В, при более высокой разности потенциалов возможно неверное восприятие сигналов. Заметим, что сигналы уровней ТТЛ (на входах и выходах микросхем UART) передаются в прямом коде для линий TxD и RxD и в инверсном - для всех остальных.
Интерфейс предполагает наличие защитного заземления для соединяемых устройств, если они оба питаются от сети переменного тока и имеют сетевые фильтры.
ВНИМАНИЕ
Подключение и отключение интерфейсных кабелей устройств с автономным питанием должно производиться при отключенном питании. Иначе разность невыровненных потенциалов устройств в момент коммутации может оказаться приложенной выходным или входным (что опаснее) цепям интерфейса и вывести из строя микросхемы.
Стандарт RS-232C регламентирует типы применяемых разъемов.
На аппаратуре АПД (в том числе на COM-портах) принято устанавливать вилки DB-25P или более компактный вариант - DB-9P. Девятиштырьковые разъемы не имеют контактов для дополнительных сигналов, необходимых для синхронного режима (в большинстве 25-штырьковых разъемах эти контакты не используются).
На аппаратуре АКД (модемах) устанавливают розетки DB-25S или DB-9S.
Это правило предполагает, что разъемы АКД могут подключаться к разъемам АПД непосредственно или через переходные “прямые” кабели с розеткой и вилкой, у которых контакты соединены “один в один”. Переходные кабели могут являться и переходниками с 9 на 25-штырьковые разъемы (рис. 4).
Если аппаратура АПД соединяется без модемов, то разъемы устройств (вилки) соединяются между собой нуль-модемным кабелем (Zero-modem, или Z-modem), имеющим на обоих концах розетки, контакты которых соединяются перекрестно по одной из схем, приведенных на рис. 5.
Рис. 3. Прием сигналов RS-232C
Рис. 4. Кабели подключения модемов
Рис. 5. Нуль-модемный кабель: а - минимальный, б - полный
Если на каком-либо устройстве АПД установлена розетка - это почти 100 % того, что к другому устройству оно должно подключаться прямым кабелем, аналогичным кабелю подключения модема. Розетка устанавливается обычно на тех устройствах, у которых удаленное подключение через модем не предусмотрено.
В табл. 1 приведено назначение контактов разъемов COM-портов (и любой другой аппаратуры передачи данных АПД). Контакты разъема DB-25S определены стандартом EIA/TIA-232-E, разъем DB-9S описан стандартом EIA/TIA-574. У модемов (АКД) название цепей и контактов такое же, но роли сигналов (вход-выход) меняются на противоположные.
Таблица 1. Разъемы и сигналы интерфейса RS-232C
|
Обозначение цепи |
Контакт разъема |
№ провода кабеля выносного разъема PC |
Направление |
||||||
1 Ленточный кабель 8-битных мультикарт.
2 Ленточный кабель 16-битных мультикарт и портов на системных платах.
3 Вариант ленточного кабеля портов на системных платах.
4 Широкий ленточный кабель к 25-контактному разъему.
Подмножество сигналов RS-232C, относящихся к асинхронному режиму, рассмотрим с точки зрения COM-порта PC. Для удобства будем пользоваться мнемоникой названий, принятой в описаниях COM-портов и большинства устройств (она отличается от безликих обозначений RS-232 и V.24). Напомним, что активному состоянию управляющих сигналов (“включено”) и нулевому значению бита передаваемых данных соответствует положительный потенциал (выше +3 В) сигнала интерфейса, а состоянию “выключено” и единичному биту - отрицательный (ниже –3 В). Назначение сигналов интерфейса приведено в табл. 2. Нормальную последовательность управляющих сигналов для случая подключения модема к COM-порту иллюстрирует рис. 6.
Таблица 2. Назначение сигналов интерфейса RS-232C
|
Назначение |
|
|
Protected Ground - защитная земля, соединяется с корпусом устройства и экраном кабеля |
|
|
Signal Ground - сигнальная (схемная) земля, относительно которой действуют уровни сигналов |
|
|
Transmit Data - последовательные данные - выход передатчика |
|
|
Receive Data - последовательные данные - вход приемника |
|
|
Request To Send - выход запроса передачи данных: состояние “включено” уведомляет модем о наличии у терминала данных для передачи. В полудуплексном режиме используется для управления направлением - состояние “включено” служит сигналом модему на переключение в режим передачи |
|
|
Clear To Send - вход разрешения терминалу передавать данные. Состояние “выключено” запрещает передачу данных. Сигнал используется для аппаратного управления потоками данных |
|
|
Data Set Ready - вход сигнала готовности от аппаратуры передачи данных (модем в рабочем режиме подключен к каналу и закончил действия по согласованию с аппаратурой на противоположном конце канала) |
|
|
Data Terminal Ready - выход сигнала готовности терминала к обмену данными. Состояние “включено” поддерживает коммутируемый канал в состоянии соединения |
|
|
Data Carrier Detected - вход сигнала обнаружения несущей удаленного модема |
|
|
Ring Indicator - вход индикатора вызова (звонка). В коммутируемом канале этим сигналом модем сигнализирует о принятии вызова |
Рис. 6. Последовательность управляющих сигналов интерфейса
Из рассмотрения этой последовательности становятся понятными соединения DTR–DSR и RTS–CTS в нуль-модемных кабелях.
Асинхронный режим передачи
Асинхронный режим передачи является байт-ориентированным (символьно-ориентированным): минимальная пересылаемая единица информации - один байт (один символ). Формат посылки байта иллюстрирует рис. 7. Передача каждого байта начинается со старт-бита, сигнализирующего приемнику о начале посылки, за которым следуют биты данных и, возможно, бит четности (Parity). Завершает посылку стоп-бит, гарантирующий паузу между посылками. Старт-бит следующего байта посылается в любой момент после стоп-бита, то есть между передачами возможны паузы произвольной длительности. Старт-бит, имеющий всегда строго определенное значение (логический 0), обеспечивает простой механизм синхронизации приемника по сигналу от передатчика. Подразумевается, что приемник и передатчик работают на одной скорости обмена. Внутренний генератор синхронизации приемника использует счетчик-делитель опорной частоты, обнуляемый в момент приема начала старт-бита. Этот счетчик генерирует внутренние стробы, по которым приемник фиксирует последующие принимаемые биты. В идеале стробы располагаются в середине битовых интервалов, что позволяет принимать данные и при незначительном рассогласовании скоростей приемника и передатчика. Очевидно, что при передаче 8 бит данных, одного контрольного и одного стоп-бита предельно допустимое рассогласование скоростей, при котором данные будут распознаны верно, не может превышать 5 %. С учетом фазовых искажений и дискретности работы внутреннего счетчика синхронизации реально допустимо меньшее отклонение частот. Чем меньше коэффициент деления опорной частоты внутреннего генератора (чем выше частота передачи), тем больше погрешность привязки стробов к середине битового интервала, и требования к согласованности частот становятся более строгие. Чем выше частота передачи, тем больше влияние искажений фронтов на фазу принимаемого сигнала. Взаимодействие этих факторов приводит к повышению требований к согласованности частот приемника и передатчика с ростом частоты обмена.
Рис.7. Формат асинхронной передачи RS-232C
Формат асинхронной посылки позволяет выявлять возможные ошибки передачи.
Для асинхронного режима принят ряд стандартных скоростей обмена: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600 и 115200 бит/с. Иногда вместо единицы измерения “бит/с” используют “бод” (baud), но при рассмотрении двоичных передаваемых сигналов это некорректно. В бодах принято измерять частоту изменения состояния линии, а при недвоичном способе кодирования (широко применяемом в современных модемах) в канале связи скорости передачи бит (бит/с) и изменения сигнала (бод) могут отличаться в несколько раз.
Количество бит данных может составлять 5, 6, 7 или 8 (5- и 6-битные форматы распространены незначительно). Количество стоп-бит может быть 1, 1,5 или 2 (“полтора бита” означает только длительность стопового интервала).
Управление потоком данных
Для управления потоком данных (Flow Control) могут использоваться два варианта протокола - аппаратный и программный. Иногда управление потоком путают с квитированием. Квитирование (handshaking) подразумевает посылку уведомления о получении элемента, в то время как управление потоком предполагает посылку уведомления о возможности или невозможности последующего приема данных. Зачастую управление потоком основано на механизме квитирования.
Аппаратный протокол управления потоком RTS/CTS (hardware flow control) использует сигнал CTS, который позволяет остановить передачу данных, если приемник не готов к их приему (рис. 8). Передатчик “выпускает” очередной байт только при включенной линии CTS. Байт, который уже начал передаваться, задержать сигналом CTS невозможно (это гарантирует целостность посылки). Аппаратный протокол обеспечивает самую быструю реакцию передатчика на состояние приемника. Микросхемы асинхронных приемопередатчиков имеют не менее двух регистров в приемной части - сдвигающий, для приема очередной посылки, и хранящий, из которого считывается принятый байт. Это позволяет реализовать обмен по аппаратному протоколу без потери данных.
Рис.8. Аппаратное управление потоком
Аппаратный протокол удобно использовать при подключении принтеров и плоттеров, если они его поддерживают. При непосредственном (без модемов) соединении двух компьютеров аппаратный протокол требует перекрестного соединения линий RTS - CTS.
При непосредственном соединении у передающего терминала должно быть обеспечено состояние “включено” на линии CTS (соединением собственных линий RTS - CTS), в противном случае передатчик будет “молчать”.
Применяемые в IBM PC приемопередатчики 8250/16450/16550 сигнал CTS аппаратно не отрабатывают, а только показывают его состояние в регистре MSR. Реализация протокола RTS/CTS возлагается на драйвер BIOS Int 14h, и называть его “аппаратным” не совсем корректно. Если же программа, пользующаяся COM-портом, взаимодействует с UART на уровне регистров (а не через BIOS), то обработкой сигнала CTS для поддержки данного протокола она занимается сама. Ряд коммуникационных программ позволяет игнорировать сигнал CTS (если не используется модем), и для них не требуется соединение входа CTS с выходом даже своего сигнала RTS. Однако существуют и иные приемопередатчики (например, 8251), в которых сигнал CTS отрабатывается аппаратно. Для них, а также для “честных” программ, использование сигнала CTS на разъемах (а то и на кабелях) обязательно.
Программный протокол управления потоком XON/XOFF предполагает наличие двунаправленного канала передачи данных. Работает протокол следующим образом: если устройство, принимающее данные, обнаруживает причины, по которым оно не может их дальше принимать, оно по обратному последовательному каналу посылает байт-символ XOFF (13h). Противоположное устройство, приняв этот символ, приостанавливает передачу. Когда принимающее устройство снова становится готовым к приему данных, оно посылает символ XON (11h), приняв который противоположное устройство возобновляет передачу. Время реакции передатчика на изменение состояния приемника по сравнению с аппаратным протоколом увеличивается, по крайней мере, на время передачи символа (XON или XOFF) плюс время реакции программы передатчика на прием символа (рис. 9). Из этого следует, что данные без потерь могут приниматься только приемником, имеющим дополнительный буфер принимаемых данных и сигнализирующим о неготовности заблаговременно (имея в буфере свободное место).
Рис.9. Программное управление потоком XON/XOFF
Преимущество программного протокола заключается в отсутствии необходимости передачи управляющих сигналов интерфейса - минимальный кабель для двустороннего обмена может иметь только 3 провода (см. рис. 5, а). Недостатком, помимо обязательного наличия буфера и большего времени реакции (снижающего общую производительность канала из-за ожидания сигнала XON), является сложность реализации полнодуплексного режима обмена. В этом случае из потока принимаемых данных должны выделяться (и обрабатываться) символы управления потоком, что ограничивает набор передаваемых символов.
Кроме этих двух распространенных стандартных протоколов, поддерживаемых и ПУ, и ОС, существуют и другие.
В системе «Орион» интерфейс RS-232 используется для подключения пульта контроля и управления «С2000»/«С2000М» к СОМ-порту компьютера с установленным на нем АРМ «Орион»/«Орион Про».
В системах, допускающих работу под управлением АРМ «Орион»/«Орион Про» без резервирования пультом «С2000»/«С2000М» (например, в системах охранной сигнализации или контроля доступа), интерфейс RS-232 используется для подключения преобразователя интерфейса «С2000-ПИ» или «ПИ-ГР» к СОМ-порту компьютера. К преобразователю, в свою очередь, подключаются приборы системы «Орион» по интерфейсу RS-485.
RS-232 имеет следующие ограничения: максимальная длина – 15 м и соединение только типа «точка-точка», т.е. непосредственно подключить несколько пультов к одному СОМ-порту нельзя.
В простейшем случае к компьютеру подключается только один пульт. Эта схема приведена на рис.
Недостатком такой схемы является отсутствие гальванической изоляции между приборами и компьютером. Схема подключения пульта к компьютеру с использованием повторителя интерфейсов «С2000-ПИ», обеспечивающего гальваническую изоляцию, приведена на рис.
ВНИМАНИЕ! Во избежание гальванической связи между компьютером и приборами пульт, повторитель и приборы нельзя подключать к одному источнику питания. Питание на пульт и «С2000-ПИ» должно подаваться от отдельного источника.
Пульту должен быть присвоен сетевой адрес, и установлен режим «КОМПЬЮТЕР» для работы по интерфейсу RS-232.
С помощью преобразователей интерфейсов RS-232/RS-485 с автоматическим переключением приема/передачи (например, «С2000-ПИ») можно подключить несколько пультов к одному СОМ-порту компьютера. Один преобразователь следует подключить к СОМ-порту компьютера, остальные - к пультам по интерфейсу RS-232, а затем объединить преобразователи по интерфейсу RS-485 (см. схему на рис. выше). Кроме того, преобразователи обеспечат гальваническую изоляцию компьютера от пультов и приборов.
Для работы по интерфейсу RS-232 каждому пульту нужно задать уникальный сетевой адрес и режим «КОМПЬЮТЕР».
При использовании АРМ «Орион» к одному СОМ-порту можно подключить до 127 устройств. Либо это будет один пульт «С2000»/ «С2000М» и до 126 приборов, схема как на рисунках выше. Либо это будет несколько пультов с подключёнными приборами, как на рис.
При этом общее количество и пультов, и приборов не должно превышать 127. В такой системе все приборы и пульты должны иметь уникальные сетевые адреса от 1 до 127, т.е. адреса приборов, подключенных к разным пультам, не должны пересекаться.
При использовании АРМ «Орион Про» к каждому COM-порту можно подключить либо до 127 приборов (приборы подключаются через преобразователи интерфейсов «ПИ-ГР», «С2000-ПИ» или «C2000 USB»), либо до 127 пультов «С2000» или «С2000М». К каждому пульту при этом можно подключить до 127 приборов. При организации системы по второму варианту компьютер опрашивает не приборы, а пульты. Пульты, в свою очередь, опрашивают подключённые к ним приборы. Каждому пульту должен быть задан сетевой адрес (от 1 до 127). Адресация приборов в системе имеет 3 уровня (номер COM-порта, адрес пульта, адрес прибора), поэтому адреса приборов, подключённых к разным пультам, могут пересекаться, как и адреса пультов, подключённых к разным COM-портам компьютера. Максимальное количество устройств, подключаемых к одному компьютеру с «Оперативной задачей Орион Про», на сегодняшний день составляет 1024.
Как уже было сказано, такая схема применяется в случае, если к COM-порту нужно подключить несколько устройств. На текущий момент АРМ «Орион» поддерживает только один СОМ-порт. АРМ «Орион Про» поддерживает до 20 физических СОМ-портов и до 127 виртуальных СОМ-портов. При использовании АРМ «Орион Про» каждый пульт можно подключать к своему COM-порту (используя схему с гальванической изоляцией или без).
В настоящее время не все компьютеры имеют СОМ-порт. Для решения задачи подключения приборов системы «Орион» к компьютеру с АРМ можно применить USB-COM преобразователи, например, «USB-RS485», а также PCI-плату расширения портов. Основные достоинства данных PCI-плат:
Специалистами компании «Болид» была протестирована плата расширения COM-портов MOXA CP 118U. Она позволяет подключать приборы по интерфейсу RS-485 напрямую к ПК с АРМ «Орион Про» (без использования преобразователя интерфейса), а также подключать несколько пультов (каждый к своему СОМ-порту).
Подключение приборов к компьютеру через пульты «С2000»/«С2000М» позволяет б|ольшую часть функций управления приборами переложить с АРМ на пульты. Здесь важно учитывать, что каждый пульт может управлять только подключёнными к нему приборами, поэтому взаимодействие приборов, подключённых к разным пультам, возможно только через АРМ. При неисправности компьютера каждый пульт будет управлять подключёнными к нему приборами в соответствие с запрограммированной в нем базой данных. То есть система распадается на несколько независимых подсистем.
Полученные от приборов сообщения сохраняются в кольцевом энергонезависимом буфере пультов, объем которого составляет 8000 событий (для «С2000М» вер.3.0х). При восстановлении работы компьютера эти сообщения будут вычитаны АРМ.
Допустим, в системе используется несколько приборов «С2000-КДЛ», релейных блоков «С2000-СП1», клавиатур «С2000-К» и блоков индикации «С2000-БИ». Причём из-за ограниченного размера базы данных пульта требуется использовать несколько пультов «С2000»/«С2000М». Каждый пульт организует взаимодействие только подключённых к нему приборов. В частности, он позволит отображать на блоках индикации состояния своих разделов, управлять этими разделами с клавиатур и с самого пульта, автоматически управлять релейными выходами своих блоков «С2000-СП1» от своих разделов. Взаимодействие приборов, подключённых к разным пультам, возможно только через АРМ. При отключении компьютера с работающим на нем АРМ эта связь нарушается. Поэтому если требуется, например, организовать релейный выход, который должен отрабатывать состояние всех шлейфов сигнализации системы, и этот выход должен работать при отключении компьютера, лучше его организовать путём монтажного объединения выходов каждой подсистемы (параллельного или последовательного, в зависимости от требуемой тактики работы выхода).
При подключении к АРМ нескольких подсистем следует использовать пульты «С2000М», так как при использовании пультов «С2000» будут следующие ограничения:
Помимо схемы, представленной на предыдущем рисунке, подключить несколько пультов «С2000М» к компьютеру с АРМ можно при помощи ЛВС и преобразователей «С2000-Ethernet».
Основными достоинствами ЛВС являются:
Также при использовании «С2000-Ethernet» возможно объединение приборов ИСО «Орион» через глобальную сеть Internet используя VPN туннель.
Для трансляции по указной схеме необходима устойчивая связь между VPN шлюзами (зависит от характеристик выделенных каналов Internet).
В «С2000-Ethernet» имеется поддержка прямой передачи данных по ЛВС, т.е. на стороне ПК с АРМ используется только сеть Ethernet, а ПО формирует один виртуальный COM-порт для группы удаленных «C2000-Ethernet» (см. рис.). При этом повышается быстродействие и упрощается монтаж системы, т.к. на стороне АРМ нет необходимости использовать COM-порт.
Обращаем Ваше внимание на то, что развёрнутые протоколы испытаний устройств передачи данных по различным каналам связи, о которых дальше будет идти речь, с необходимыми настройками можно найти на сайте сайт в разделе «Техническая поддержка»/ «Рекомендации по применению».
Ещё одним вариантом подключения пульта «С2000М» к компьютеру с АРМ является использование волоконно-оптической линии связи и преобразователей «RS-FX-MM» (для многомодовых ВОЛС), «RS-FX-SM40» (для одномодовых ВОЛС).
Основные достоинства ВОЛС:
Компания «Болид» поставляет сертифицированные в соответствии с преобразователи информационных интерфейсов ИСО «Орион» в ВОЛС, которые могут применяться в том числе в системах АПС и пожарной автоматики. Максимальная длина передачи данных для преобразователя «RS-FX-MM» составляет 2 км, для преобразователя «RS-FX-SM40» - 40 км.
Организовать связь сетевого контроллера (компьютера с установленным АРМ «Орион»/ «Орион Про» или пульта «С2000»/«С2000М») с удаленными приборами ИСО «Орион» можно также с помощью стандартного цифрового канала связи в потоке Е1.
Основными достоинствами цифровых каналов связи являются:
Специалистами компании «Болид» была проверена работа системы «Орион» с применением мультиплексоров «ГМ-2» фирмы «Зелакс» для передачи сообщений по цифровому каналу связи в потоке Е1.
Интерфейсов. Определить их и знать все простому пользователю практически невозможно. Когда новичок решает собрать самостоятельно персональный компьютер, возникает много вопросов касательно совместимости. Сегодня мы узнаем, что такое интерфейсы RS-232.
Если вы столкнулись с тем, что не знаете, что это за разъем и для чего он нужен, то разберемся далее в этом. Данный стандарт относится к физическому уровню и был разработан как «напарник» асинхронному интерфейсу. Чаще всего, вспоминая о RS-232, специалисты упоминают о последовательном порте ПК.
Так сложилось, что он часто применялся в сфере телекоммуникаций. Сейчас же известен всем благодаря развитию компьютеров. Его подключают к ПК в случае ненадобности высоких скоростей передачи данных, а также если синхронизируемое устройство не находится на дальнем расстоянии. Если же перед нами компьютер для офисной работы или развлечений, то интерфейсы RS-232 заменяются на USB.
В середине прошлого века началось активное развитие технологий, в частности телекоммуникаций. Каждая компания, которая занималась выпуском определенного оборудования, разрабатывала собственный стандарт для передачи данных. Соответственно, использовать подобные устройства было сложно, так как возникали проблемы с совместимостью.
Чтобы решить этот вопрос навсегда и стандартизировать все, что уже наработали, в 1962 году организовали специальную ассоциацию. Она сформировала рекомендации для производителя, которые назвала «Рекомендованный стандарт 232». Вот так появилась необходимость разрабатывать интерфейсы RS-232.
Теперь кодирование символов находилось в ограничениях от 5 до 8 бит. Напряжение сигнала не поднималось выше +25 В и не опускалось ниже -25 В. Была возможность организовать сервисные сигналы, которые в целом не обязательно было использовать. Передача данных происходила в двух режимах: синхронном и асинхронном. Благодаря всем установленным характеристикам, стандарт идеально подошел для телекоммуникационных оборудований.
Уже через семь лет после основания стали появляться новые редакции. RS-232C был переработан в связи со всеми недостатками, которые удалось обнаружить за это время. Было решено назначить разъему DB25 25 контактов. Этот вариант стал действительно «работой над ошибками», поэтому не изменялся длительно время и стал базисным на долгие годы вперед.
Уже в 1983 году стали известны персональные компьютеры с использованием этого стандарта. Начали использовать приемопередатчик UART. В одной из новинок было аж 4 таких передатчика, которые получили название COM-порт.
Развитие подобных стандартов стало набирать обороты. Производители осознали принцип действий в таких ситуациях, поэтому сама Ассоциация начала терять господство. В 1986 году RS меняется на EIA. Когда права из одной компании перешли в другую, было выпущено еще пара вариаций стандарта. В целом ничего нового так и не внедрили в интерфейсы RS-232.
Благодаря этому стандарту стало возможно передавать данные или специальные сигналы между двумя устройствами, одно из которых терминал, а второе - коммуникационное. Передача осуществляется до 15 метров, а максимальная скорость может достигнуть 115200 бод. Интересно, что интерфейс прост в использовании и программировании. Эго часто используют, если нужно удлинить расстояние. Специалисты просто пропорционально снижают скорость.
Известно, что последовательный интерфейс RS-232 впервые был применен от телефонного модема к ПК. Из-за этого вскоре заполучил рудименты, среди которых была отдельная линия «Звонок». Со временем интернет-девайсы поменяли разъемы и стали подключаться с помощью USB. Сам же обозреваемый разъем никуда не исчез с интерфейсной панели, поэтому другие производители решили создавать к своим устройствам совместимые кабели, чтобы подключаться к системе. Так, стали известны компьютерные мыши с RS-232.
Сейчас этот интерфейс чаще встречается в узкоспециальных девайсах, промышленном оборудовании и микропроцессорных системах. В итоге, на современных нетбуках или ноутбуках кабель интерфейса RS-232 практически не встречается. А вот некоторые материнские платы стационарных систем все еще имеют этот разъем. В итоге, есть как одиночные слоты, так и колодка шлейфовая на материнке. Чтобы этот разъем не был бесполезным, некоторые предоставляют преобразователи.
Как известно, обозреваемый герой является дуплексным интерфейсом. Он передает данные как асинхронный последовательный интерфейс. По проводу проходит двоичный сигнал, который получил два уровня напряжения. Так происходит передача информации.
Если рассматривать логические показатели, то к «нулю» соотносимо положительное напряжение, а к «единице» - отрицательное. Чтобы данная структура работала как следует, разработчики используют большое количество микросхем «дров». Интерфейсы RS-232 обычно имеют не только стандартные линии входа и выхода, но и особые вспомогательные дорожки, чтобы управлять потоком с аппаратной стороны и регулировать специальные функции.
Интересно, что этот порт оснастили типом D, с 25 контактами. Каждый имеет свое сокращение и направление. Имеют полное название и отвечают за определенную характеристику. Так есть передаваемые и принимаемые данные, запрос и сброс передачи, положительное и отрицательное напряжение, выравнивание режима, синхронизация приемника, индикатор звонка и т.д.
Если перед нами терминальное устройство, то у него разъем будет оснащен контактами, если же связное - то отверстиями. Вроде как стандартное положение, но иногда случаются исключения. Сигналы интерфейс подключения RS-232 разделены по классам.
Последовательные материалы типа TXD, работают с независимым каналом последовательной передачи, который делится на первичные и вторичные. Линии работают, передавая информацию и получая её.
Управляющий тип RTS имеет в названии слово квитирование. Оно означает способ, при котором сигналы с последовательной линией связи начинают общение с одной передачи до фактической. Есть класс синхронизации. В этом режиме оборудования передают сигналы между собой, что позволяет упрощать передачу при декодировании.
Прежде чем разобраться с преобразователем интерфейсов RS-232, стоит знать в принципе, что это и для чего необходимо. Чтобы было понятнее, преобразователь - это переходник. В том случае, если устройство имеет один разъем, но вам необходим другой, можно просто прикупить адаптер. Таким образом, все необходимые слоты либо становятся нужными, либо просто не занимают лишнее место.
В нашем случае, возможно использовать подключение оборудования с интерфейсами RS-232/422/485 для COM-портов. В итоге происходит гальваническая развязка стандартов, передача информации проходит в трудных условиях с электромагнитными помехами. Проблема в этом случае связана только с тем, что простого подключения не хватит, придется настраивать программный уровень.
В целом разное оборудование требует для передачи данных своих особых технологий. Поэтому, нужно работать с унифицированием протоколов, переводить данные в единый вид только при наличии преобразователя - невозможно. Задача такого адаптера состоит в том, что происходит адаптация вида информации, которые передаются между определенными частями системы со специальными технологиями.
Так, переработка пакетов проходит на программном этапе. Программа изменяет структуру материалов, которые передаются, использует иной протокол.
Интересно, что любой преобразователь интерфейса RS-232 (etherne и другие), может характеризоваться по нескольким параметрам. Так, определяют стандарт, по типу оборудования и протоколам. Также рассматривают скорость передачи данных, которая определена максимальным количеством материалов за определенное время.
Следующий параметр - это возможное расстояние передачи данных, основанное на максимальном расстоянии узлов друг от друга, которые могут передавать информацию между собой, но при этом сохраняя её целостность. Линия передачи представлена средой, где как раз и происходит передача данных. Среди параметров есть количество «дров» и приемников, а также возможен анализ схемы «конектинга» основных компонентов.
Чтобы интерфейсы RS-232 корректно работали в паре с RS-485/422, необходимо обзавестись не просто преобразователем, а программным управлением. Стоит помнить, что клеммы не все задействованы, поэтому из 10 остается только тройка передачи/приема данных и сигнального заземления. В итоге сам процесс преобразования представлен побитовой переработкой данных из одной формы в другую. В этот момент преобразование протоколов не происходит, как и трансформация «дров» порта ввода/вывода.
