Дорогие читатели! Редакция сайта iXBT.com обращается к вам с просьбой отключить блокировку рекламы на нашем сайте.
Редакция сайта iXBT.com обращается к вам с просьбой отключить блокировку рекламы на нашем сайте.
Дело в том, что деньги, которые мы получаем от показа рекламных баннеров, позволяют нам писать статьи и новости, проводить тестирования, разрабатывать методики, закупать специализированное оборудование и поддерживать в рабочем состоянии серверы, чтобы форум и другие проекты работали быстро и без сбоев.
Интерфейс RS232. Теория
В этом выпуске мы начнем проектировать контроллер легендарного интерфейса передачи данных RS232. И прежде чем мы напишем первую строчку кода на языке описания аппаратуры, необходимо как следует погрузиться в предметную область.
Сравнение с другими последовательными интерфейсами
Для передачи данных с клавиатуры в вычислительное устройство применяются две информационных ( С , D ) и две вспомогательных линии ( G , V ). Линия общей земли G необходима для выравнивания потенциалов подключаемого устройства и вычислителя.
Читаем «журнал» LOG процессора при ремонте телевизоров по RS232
Контакты интерфейса PS/2
Именно относительно общей земли можно судить об уровне напряжения на информационных линиях. Линия питания V позволяет подать напряжение, необходимое для работы подключаемого устройства.
Однако, линия тактового сигнала это роскошь для абсолютного большинства коммуникационных интерфейсов. Ярким примером довольно распространенной среды передачи сигналов является, так называемый, коаксиальный кабель.
Устройство коаксиального кабеля
Дешевый в производстве, надежный и обладающий высокой пропускной способностью. Эта среда передачи сигналов, как и многие другие, имеет проводник для передачи информации, но не имеют дополнительного проводника для передачи тактовых импульсов. Информацию несет напряжение между центральным проводником и оплеткой. Тактовые сигналы на считывание уровня напряжения вырабатываются на приемнике этого сигнала на основании стартовых и стоповых комбинаций бит в информационном потоке и заведомо известных технических параметров системы передачи информации.
Интерфейс RS232
А теперь ближе к делу. Для задач низкоскоростной передачи информации еще в середине прошлого века разработан ставший легендарным интерфейс RS232.
Внешний вид разъемов RS232
Свое имя он получил после выхода в свет документа, зафиксировавшего в качестве стандарта то как нужно изготавливать и использовать этот интерфейс. Имя это сокращение от Рекомендованный стандарт № 232 . Он получил очень широкую популярность во всех областях техники и не знать о нем даже в 21 веке грамотному инженеру нельзя. Его отличает узнаваемая внешность разъема в виде трапеции с девятью контактами в два ряда.
Версия с 25-ю контактами не получила широкого распространения. Все проводники даже в 9-контактной версии в абсолютном большинстве случаев оказываются не задействованы. Главное применение этого интерфейса это управление внешними устройствами. Внешними по отношению к вычислителю. Также он применяется для сбора данных, низкоскоростной передачи информации между двумя устройствами.
Контакты разъема
Рассмотрим контакты поближе. Для выравнивания потенциалов устройств необходима линия общей земли GND .
Контакты разъемов RS232
Именно относительно линии общей земли определяются уровни напряжения в остальных линиях. В самой минимальной комплектации для двунаправленной передачи данных нужны еще два проводника. Это для сигналов в одну и в другую сторону между двумя устройствами. Называются они RxD и ТxD . Остальные проводники служат для передачи вспомогательных сигналов о готовности к передаче и приему данных и других сигналов. Досконально разбираться с этим сейчас не будем.
Уровни напряжения в линиях
Для поддержания высокой надежности передачи информации этот стандарт предусматривает довольно высокие уровни напряжения в линиях. В середине прошлого столетия, по всей видимости, повышенное напряжение было хорошим способом борьбы с помехами. Компьютеры были большими и тяжелыми, никаких проблем выставить на линию напряжение в диапазоне от 3 до 15 вольт при передаче логического нуля и от -3 до -15 вольт для передачи логической единицы.
Уровни напряжения в линиях RS232
Характеристики кабеля позволяли передавать информацию на расстояние 1 километр со скоростью до 2400 бит в секунду. При смене состояния на несогласованной линии возникают затухающие гармонические колебания. Мы называли это явление дребезгом . При длине кабеля 1000 метров масштабы этого явления довольно значительные. Для затухания колебания нужна довольно продолжительная длительность одного бита информации. Это ограничивает скорость передачи данных на большие расстояния.
В случае уменьшения длины кабеля длительность дребезга уменьшается и соответственно можно увеличить скорость передачи данных. В пределах одной комнаты можно обеспечить довольно существенное повышение битовой скорости между двумя устройствами.
Скорость передачи бит в канале связи может быть выбрана пользователем но только из строго ограниченного списка. Это сделано для удобства установления связи между двумя удаленными точками. Значение скорости устанавливается в результате предварительной договоренности . Скорость передачи бит в секунду определяет и длительность передачи одного бита.
В структуре логических уровней напряжения не существует никаких разграничителей, пунктирные линии на рисунке выше нарисованы для нашего удобства. Они отделяют биты один от другого. Логическая единица это отрицательное напряжение, логический ноль — положительное. При отсутствии передачи информации на линии логическая 1 .
Фрейм или кадр передачи двоичного слова начинается со стартового бита уровня логического 0 . Это служебный бит и не является полезной информацией. Далее следуют полезные биты информации. Двоичное слово поступает в канал начиная с младшего бита. Оканчивает фрейм стоп бит уровня логической единицы, это тоже служебный бит.
Напряжения в линиях не являются пригодными для использования в вычислителях. Прежде чем можно будет обрабатывать такой сигнал он проходит через специальную микросхему, переводящую входные уровни напряжения в уровни широко используемого стандарта.
Структура фрейма RS232
При этом уровень единицы и нуля становятся на свои естественные места. Структура фрейма сохраняется: старт бит, двоичное слово, бит четности если он передавался, потом стоп бит. Стоп бит может быть не один подряд. Вероятно, остается лишь только один вопрос. Почему двоичное слово на рисунке всего лишь из пяти бит и может ли такое быть?
Размер фрейма
Стандарт предусматривает размер слова от 5 до 9 бит. Также может быть один бит четности, но он не обязательный. Не во все времена удобным считалось группировать биты по 8 штук.
Использование RS232 в области связи
В смежной области техники, где занимались передачей и приемом телеграмм и прочей текстовой информации один символ алфавита мог быть закодирован комбинацией из пяти бит. Все символы заглавные и это совсем не мешает чтению, зато очень экономит время в низкоскоростных каналах передачи информации. Таким образом, для удобства совершенно разных пользователей размер поля данных можно регулировать.
Настройка RS232
Настраиваются параметры интерфейса передачи данных довольно просто при помощи специальной программы в комплекте с операционной системой или другим способом.
Переходник USB-RS232
Трудностью будет найти этот разъем на современных компьютерах. Скорее всего вы вряд ли его найдете. Он остался лишь в промышленных компьютерах, где все еще актуальны вопросы управления различным оборудованием. В домашних компьютерах век этого интерфейса закончился. На смену нескольким различным старым разъемам, куда раньше вставлялась клавиатура, мышь, принтер — пришел универсальный последовательный интерфейс передачи данных. Мы все его хорошо знаем под именем USB .
Переходник c USB на RS232
С конца 90-х по 2000-е годы этот интерфейс прочно занял свое место, отправив на свалку истории весь зоопарк остальных низкоскоростных интерфейсов передачи данных.
На случай работы с устройством, обладающим старым простым проверенным интерфейсом, предусмотрены переходники. Для нашего случая необходим переходник с USB на RS232. По счастью, для пользователя все остается довольно прозрачно и не доставляет неудобств. Микросхема, находящаяся в разъеме преобразует пакеты интерфейса USB в уровни напряжения устаревшего интерфейса RS232.
Драйвер переходника сообщает операционной системе, что у нее появился устаревший интерфейс. Работа с ним происходит точно так же как десятилетия до этого.
Как принять фрейм RS232 ?
Сейчас разберем основную сложность, связанную с разработкой контроллера интерфейса RS232 на базе программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС). Как мы уже ранее выяснили, при приеме фрейма тактовый сигнал на чтение логических уровней нужно добыть в честном поединке. В чистом виде он не представлен. В помощь нам информация о технических параметрах интерфейса.
Прежде всего это скорость передачи бит в секунду. Она позволит выяснить длительность одного бита.
Прием фрейма RS232
После перепада уровня напряжения с логической единицы на ноль мы считаем что начался стартовый бит. Проверить состояние стартового бита желательно в самой его середине. Тем самым мы защищаемся от дребезга, связанного с несогласованностью линии передачи данных. Если это на самом деле стартовый бит ноль, то можно перейти к приему информационных бит.
Соблюдать время считывания логического уровня нам поможет счетчик высокоскоростных импульсов кварцевого генератора. Количество бит данных во фрейме мы знаем предварительно, впрочем как и наличие или отсутствие бита четности. Учитывая все вышесказанное, мы вполне сможем написать контроллер легендарного интерфейса.
Видео-обзор с канала YouTube
Продолжение следует.
Поддержите статью лайком если понравилось и подпишитесь чтобы ничего не пропускать.
Источник: dzen.ru
Презентация на тему UART RS-232,422,485
UARTUniversal asynchronous receiver/transmitter (Универсальный асинхронный приёмник/передатчик).Для связи по интерфейсу UART используется две линии:RXD – для приема сообщений (Receiver);TXD – для передачи сообщений (Transmitter).
Слайды и текст этой презентации
Слайд 1UART RS-232,422,485
Слайд 2UART
Universal asynchronous receiver/transmitter (Универсальный асинхронный приёмник/передатчик).
интерфейсу UART используется две линии:
RXD – для приема сообщений (Receiver);
TXD
– для передачи сообщений (Transmitter).
Слайд 3Формат кадра UART
старт-бит (с него начинается каждый кадр);
биты данных (может
быть от 5 до 9 бит);
бит проверки четности (проверка правильности
передачи данных);
один или два стоп-бита (сигнал об окончании кадра).
Слайд 4UART
Контроллер UART обычно содержит:
• Источник тактирования.
• Входные и выходные
сдвиговые регистры.
• Регистры управления приемом/передачей данных; чтением/записью.
• Буферы приема/передачи.
• Параллельная
шина данных для буферов приема/передачи.
• FIFO буферы памяти (опционально).
Слайд 5Схемы соединения по RS-232
ООД – оконечное оборудование данных (DTE — Data
Terminal Equipment).
АКД – оконечная аппаратура каналов данных (DCE — Data
Communication Equipment).
Слайд 6Краткие характеристики RS-232
В стандарте предусмотрены асинхронный и синхронный режимы обмена.
Стандарт
RS-232 предусматривает передачу данных при помощи электрических сигналов относительно общего
провода.
Интерфейс не обеспечивает гальванической развязки устройств.
Все линии интерфейса делятся на две группы: линии данных и линии управляющих сигналов.
Логической единице на входе-выходе данных (сигнал RxD, TxD) соответствует диапазон напряжения от –12 до –3 В; логическому нулю — от +3 до +12 В.
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.
Источник: theslide.ru