RS232- це визначення стандарту, який описує інтерфейс, що використовується для під'єднання пристроїв передачі даних до комп'ютера. Вперше стандарт був розроблений і прийнятий в 60-ті роки двадцятого століття, але до цих пір своєї актуальності не втратив. У 1991 році була підготовлена ​​його остання редакція EIA / TIA-232-E, яка використовується і по сьогоднішній день. Першою компанією, яка використовувала його в своїх комп'ютерах, була фірма IBM, а в наш час RS232 є частиною структури практично кожного персонального комп'ютера. Він отримав назву Communication port (COM-порт).

За допомогою стандарту RS232забезпечується з'єднання між двома пристроями: комп'ютером (Data Terminal Equipment) і саме устаткування передачі інформації (Data Communications Equipment). Знання цих позначень в скороченому варіанті (DTE і DCE) важливо знати для того, щоб вміти розібратися з технічним описом та порядком підключення і експлуатації конкретних пристроїв. Будь-який поважаючий себе програміст знайомий з цим стандартом.

DCE - найчастіше це модем, але RS232 підходить і для підключення інших периферійних пристроїв, наприклад, принтера або миші. Передача даних здійснюється за допомогою дротів. Апаратна реалізація стандарту позначає той факт, що він завжди працює на ПК незалежно від того, яку операційну систему встановили на комп'ютер. З COM-портом програми можуть взаімодействоват ь абсолютно будь-якими засобами: за допомогою функцій BIOS, через компоненти операційної системи, за допомогою прямого коду мікропроцесора, а також через компоненти мов вищого рівня. RS232 забезпечує під'єднання комп'ютера до локальної мережі інтернет через технологію Ethernet, а також входить в систему передачі інформації між персональним комп'ютером і промисловим обладнанням.

Одним словом, стандарт RS232є універсальним. Але, незважаючи на це, на зміну йому прийшли інші способи з'єднання комп'ютера з периферійними пристроями. Йдеться, наприклад, про USB-порти.

Чим відрізняється RS-232 від USB

Стандарт відрізняється простотою програмування від USB, тому реалізувати протокол обміну даними по цій більш сучасною технологією було досить складно. Цим активно займалися як фахівці, так і радіоаматори.

Незаперечною перевагою RS-232 є той факт, що максимальна швидкість, яка можлива при обміні через даний інтерфейс, навряд чи буде перекрита сучасними бездротовими пристроями зв'язку. Останнім часом спостерігається тенденція до обмеження потужності радіотрансіверов, які використовуються для обміну даними по бездротовому з'єднанню. Це не дозволяє збільшити швидкість передачі інформації, яка сьогодні складає максимум 9600 бод, а з інтерфейсом RS-232 - 115 200 бод.

Використовувані рівні сигналів

Для стандарту RS-232 характерні два рівня сигналів - 0 і 1. Логічним 1 і 0 відповідають різні рівні напруги - негативний і позитивний відповідно. При проходженні по кабелю сигнал може не тільки спотворюватися, а й послаблюватися. У міру того, як збільшується довжина кабелю, зростає ослаблення. Це можна легко пояснити електричної ємністю кабелю. Тому його довжина зазвичай обмежується 17-ма метрами для забезпечення достатньої максимальної навантажувальної ємності, яка становить 2500 пФ. При цьому швидкість передачі даних складе 9600 біт в секунду. В принципі, добитися нормальної роботи кабелю і з'єднання можна і при набагато більшій його довжині. Фахівці стверджують, що збільшити неекранований кабель їм вдалося в два рази, а екранований - в п'ять. У кожному конкретному випадку враховуються різний рівень електромагнітних коливань.

Для забезпечення з'єднання необхідно мати кабель, що приєднуються за схемою "контакт в контакт". В основному використовуються нуль-модемні типи кабелів, в яких розташовані перекрещівающіес я дроти.

Передача інформації

Стандарт RS232 вважається послідовним інтерфейсом, так як потік передається за принципом «першим зайшов - першим вийшов». Передача інформаційного потоку відбувається послідовно, біт за бітом. Коли по кабелю не передається ніяка інформація, лінія переходить в стан логічної 1.

Де використовується Стандарт RS232

Сфера застосування стандарту RS232 досить широка. Перш за все, це узкоспеціалізіро ванне обладнання, датчики, вбудована техніка, вимірювальні прилади. Незважаючи на те, що до сих пір можна зустріти його в деяких комп'ютерах, перспектив у RS232 на майбутнє практично немає. Залишилися такі відгомони минулого ще й в деяких економічних і промислових галузях. Стандарт поступово відносять до числа застарілих, його все рідше використовують в сучасних пристроях обробки і передачі інформації.

Взаємодія різних приладів з комп'ютерною технікою через інтерфейс RS-232 можна зустріти на підприємствах, які займаються серійними випробуваннями, проводять наукові експерименти. Це пояснюється винятковою необхідністю автоматизації процесів отримання, збору та аналізу даних і результатів.

Стандарт RS-232активно використовується в багатофункціонал них вимірювальних приладах, наприклад, лічильнику електроенергії, оснащеному додатковою функцією контролю за витратами за встановленими тарифами. Через інтерфейс RS-232 здійснюється зчитування і передача даних.

Опис інтерфейсу RS-232, формат використовуваних роз'ємів і призначення висновків, позначення сигналів, протокол обміну даними.

Загальний опис

Інтерфейс RS-232, зовсім офіційно званий "EIA / TIA-232-E", але більш відомий як інтерфейс "COM-порту", раніше був одним з найпоширеніших інтерфейсів в комп'ютерній техніці. Він до цих пір зустрічається в настільних комп'ютерах, незважаючи на появу більш швидкісних і "інтелектуальних" інтерфейсів, таких як USB і FireWare. До його переваг з точки зору радіоаматорів можна віднести невисоку мінімальну швидкість і простоту реалізації протоколу в саморобному пристрої.

Фізичний інтерфейс реалізується одним з двох типів роз'ємів: DB-9M або DB-25M, останній в випускаються в даний час комп'ютерах практично не зустрічається.

Призначення висновків 9-контактного роз'єму

9-контактна вилка типу DB-9M Нумерація контактів з боку штирьків Напрямок сигналів зазначено щодо хоста (комп'ютера)

Контакт сигнал напрямок опис 1 CD Вхід виявлена ​​несуча 2 RXD Вхід дані, що приймаються 3 TXD вихід передані дані 4 DTR вихід хост готовий 5 GND - Загальний провід 6 DSR Вхід пристрій готовий 7 RTS вихід Хост готовий до передачі 8 CTS Вхід Пристрій готовий до прийому 9 RI Вхід виявлено виклик

Призначення висновків 25-контактного роз'єму

Контакт сигнал напрямок опис 1 SHIELD - екран 2 TXD вихід передані дані 3 RXD Вхід дані, що приймаються 4 RTS вихід Хост готовий до передачі 5 CTS Вхід Пристрій готовий до прийому 6 DSR Вхід пристрій готовий 7 GND - Загальний провід 8 CD Вхід виявлена ​​несуча 9 - - резерв 10 - - резерв 11 - - Не використовується 12 SCD Вхід Виявлена ​​несуча # 2 13 SCTS Вхід Пристрій готовий до прийому # 2

Контакт сигнал напрямок опис 14 STXD вихід Передані дані # 2 15 TRC Вхід тактирование передавача 16 SRXD Вхід Дані, що приймаються # 2 17 RCC Вхід тактирование приймача 18 LLOOP вихід локальна петля 19 SRTS вихід Хост готовий до передачі # 2 20 DTR вихід хост готовий 21 RLOOP вихід зовнішня петля 22 RI Вхід виявлено виклик 23 DRD Вхід Визначено швидкість даних 24 TRCO вихід Тактирование зовнішнього передавача 25 TEST Вхід Тестовий режим

З таблиць видно, що 25-контактний інтерфейс відрізняється наявністю повноцінного другого каналу прийому-передачі (сигнали, що позначені «# 2"), а також численних додаткових керуючих і контрольних сигналів. Однак, часто, незважаючи на наявність в комп'ютері "широкого" роз'єму, додаткові сигнали на ньому просто не підключені.

електричні характеристики

Логічні рівні передавача:"0" - від +5 до +15 Вольт, "1" - від -5 до -15 Вольт.

Логічні рівні приймача:"0" - вище +3 Вольт, "1" - нижче -3 Вольт.

вхідний опір приймача не менше 3 кОм.

Дані характеристики визначені стандартом як мінімальні, що гарантують сумісність пристроїв, проте реальні характеристики зазвичай істотно краще, що дозволяє, з одного боку, живити малопотужні пристрої від порту (наприклад, так спроектовані численні саморобні data-кабелі для стільникових телефонів), а з іншого - подавати на вхід порту інвертований TTL-рівень замість двополярного сигналу.

Опис основних сигналів інтерфейсу

CD- Пристрій встановлює цей сигнал, коли виявляє несучу в прийнятому сигналі. Зазвичай цей сигнал використовується модемами, які таким чином повідомляють хосту про виявленні працюючого модему на іншому кінці лінії.

RXD- Лінія прийому хостом даних від пристрою. Детально описана в розділі "Протокол обміну даними".

TXD- Лінія передачі хостом даних до пристрою. Детально описана в розділі "Протокол обміну даними".

DTR- Хост встановлює цей сигнал, коли готовий до обміну даними. Фактично сигнал встановлюється при відкритті порту комунікаційної програмою і залишається в цьому стані весь час, поки порт відкритий.

DSR- Пристрій встановлює цей сигнал, коли включено і готовий до обміну даними з хостом. Цей і попередній (DTR) сигнали повинні бути встановлені для обміну даними.

RTS- Хост встановлює цей сигнал перед тим, як почати передачу даних пристрою, а також сигналізує про готовність до прийому даних від пристрою. Використовується при апаратному управлінні обміном даними.

CTS- Пристрій встановлює цей сигнал у відповідь на установку хостом попереднього (RTS), коли готове прийняти дані (наприклад, коли попередні надіслані хостом дані передані модемом в лінію або є вільне місце в проміжному буфері).

RI- Пристрій (зазвичай модем) встановлює цей сигнал під час дзвінка віддаленої системи, наприклад при прийомі телефонного дзвінка, якщо модем налаштований на прийом дзвінків.

Протокол обміну даними

У протоколі RS-232 існують два методи управління обміном даних: апаратний і програмний, а також два режими передачі: синхронний і асинхронний. Протокол дозволяє використовувати будь-який з методів управління спільно з будь-яким режимом передачі. Також допускається робота без управління потоком, що має на увазі постійну готовність хоста і пристрої до прийому даних, коли зв'язок встановлено (сигнали DTR і DSR встановлені).

Апаратний метод управлінняреалізується за допомогою сигналів RTS і CTS. Для передачі даних хост (комп'ютер) встановлює сигнал RTS і чекає установки пристроєм сигналу CTS, після чого починає передачу даних до тих пір, поки сигнал CTS встановлений. Сигнал CTS перевіряється хостом безпосередньо перед початком передачі чергового байта, тому байт, який вже почав передаватися, буде переданий повністю незалежно від значення CTS. У напівдуплексному режимі обміну даними (пристрій і хост передають дані по черзі, в повнодуплексному режимі вони можуть робити це одночасно) зняття сигналу RTS хостом означає його перехід в режим прийому.

Програмний метод управлінняполягає в передачі приймаючою стороною спеціальних символів зупинки (символ з кодом 0x13, званий XOFF) і відновлення (символ з кодом 0x11, званий XON) передачі. При отриманні даних символів передає, повинна відповідно зупинити передачу або відновити її (при наявності даних, які мають бути надіслані). Цей метод простіше з точки зору реалізації апаратури, однак забезпечує більш повільну реакцію і відповідно вимагає завчасного сповіщення передавача при зменшенні вільного місця в приймальному буфері до певної межі.

Синхронний режим передачімає на увазі безперервний обмін даними, коли біти проходять один за іншим без додаткових пауз із заданою швидкістю. Цей режим COM-портом не підтримується.

Асинхронний режим передачіполягає в тому, що кожен байт даних (і біт контролю парності, в разі його наявності) "обертається" синхронизирующей послідовністю з одного нульового старт-біта і одного або декількох одиничних стоп-бітів. Схема потоку даних в асинхронному режимі представлена ​​на малюнку.

Один з можливих алгоритмів роботи приймачанаступний:

1. Очікувати рівня "0" на сигнал підтвердження (RXD в разі хоста, TXD в разі влаштування).
2. Відрахувати половину тривалості біта і перевірити, що рівень сигналу все ще "0"
3. Відрахувати повну тривалість біта і поточний рівень сигналу записати в молодший біт даних (біт 0)
4. Повторити попередній пункт для всіх інших бітів даних
5. Відрахувати повну тривалість біта і поточний рівень сигналу використовувати для перевірки правильності прийому за допомогою контролю парності (див. Далі)
6. Відрахувати повну тривалість біта і переконатися, що поточний рівень сигналу "1".

Строго кажучи, інтерфейс RS 232- це назва стандарту (RS - recommended standard - рекомендований стандарт, 232 - його номер), що описує інтерфейс для з'єднання комп'ютера і пристрої передачі даних.

Стандарт був розроблений досить давно, в 60-х роках 20-го століття. В даний час діє редакція стандарту, прийнята в 1991 році асоціаціями електронної та телекомунікаційної промисловості, під назвою EIA / TIA-232-E.

Проте, більшість людей як і раніше використовує назву RS-232, яке міцно приросло до самого інтерфейсу.

пристрої

Інтерфейс RS-232 забезпечує з'єднання двох пристроїв, одне з яких називається DTE (Data Terminal Equipment) - ООД (Кінцеве Обладнання Даних), друге - DCE (Data Communications Equipment) - ОПД (Устаткування Передачі Даних).

Як правило, DTE (ООД) - це комп'ютер, а DCE (ОПД) - це модем, хоча RS-232 використовувався і для підключення до комп'ютера периферійних пристроїв (миша, принтер), і для з'єднання з іншим комп'ютером або.

Важливо запам'ятати ці позначення (DTE і DCE). Вони використовуються в назвах сигналів інтерфейсу і допомагають розібратися з описом конкретної реалізації.

типи роз'ємів

Спочатку стандарт описував застосування 25-контактного роз'єму, типу DB25. DTE-пристрій повинен оснащуватися виделкою (male - «тато»), DCE-пристрій - розеткою (female - «мама»). Пізніше, з появою IBM PC, стали використовувати усічений варіант інтерфейсу і 9-контактні з'єднувачі DB9, найбільш поширені в даний час.

Розпаювання RS-232

У наведеній нижче таблиці показано призначення контактів 9-контактного роз'єму DB9. Таблиця показує розпаювання вилки обладнання обробки даних (DTE), Наприклад, ПЕОМ. Розетка пристрої передачі даних (DCE) розпаяна так, що два роз'єми стикуються безпосередньо, або через кабель, розпаяний «контакт в контакт».

1 - Carrier Detect (CD)Наявність несучої частоти

2 -Received Data (RD)дані, що приймаються

3 - Transmitted Data (TD)передані дані

4 - Data Terminal Ready (DTR)готовність ООД

5 - Signal GroundЗагальний

6 - Data Set Ready (DSR)готовність ОПД

7 - Request To Send (RTS)Запит на передачу

8 - Clear To Send (CTS)готовий передавати

9 - Ring Indicator (RI)Наявність сигналу виклику

Для передачі даних призначені ланцюга RD і TD. Решта ланцюга призначені для індикації стану пристроїв (DTR, DSR), управління передачею (RTS, CTS) і індикації стану лінії (CD, RI). Повний набір ланцюгів використовується тільки для підключення до ПЕОМ зовнішнього модему. В інших випадках, наприклад при підключенні до ПЕОМ промислового контролера, використовується обмежений набір ланцюгів, що залежить від апаратної і програмної реалізації стику в контролері.

Схема кабелю RS-232

Як було сказано вище, для з'єднання строго відповідають стандарту пристроїв DTE і DCE потрібен кабель «контакт в контакт». Для з'єднання двох DTE-пристроїв використовують так звані нуль-модемні кабелі, в яких дроти «перехрещуються» відповідно до призначення сигналів. На практиці перед розпаюванням кабелю завжди слід розібратися з документацією на обидва з'єднуються пристрої.

Стартовий біт завжди йде рівнем логічного нуля, стоповий - одиницею. Стан біта паритету визначається настроюванням передавача. біт доповнюєчисло одиничних бітів даних до непарності (parity odd), парності (parity even), може не використовуватися (parity none), бути завжди одиницею (mark) або нулем (space).

перспективи

Насправді перспектив у RS-232 немає. В даний час з'являється все більше комп'ютерів, не оснащених цим інтерфейсом. Однак в експлуатації знаходиться велика кількість пристроїв з інтерфейсом RS-232. Для стикування ПЕОМ з такими пристроями використовують перехідники USB - RS-232.

Після підключення такого перехідника і установки драйверів в ПЕОМ з'являється віртуальний COM-порт, через який можна спілкуватися з пристроєм.

Інтерфейс RS-232C призначений для підключення апаратури, передавальною або приймальною дані (ООД - кінцеве обладнання даних, або АПД - апаратура передачі даних; DTE - Data Terminal Equipment), до кінцевої апаратури каналів даних (АКД; DCE - Data Communication Equipment). У ролі АПД може виступати комп'ютер, принтер, плоттер і інше периферійне устаткування. У ролі АКД зазвичай виступає модем. Кінцевою метою підключення є з'єднання двох пристроїв АПД. Повна схема з'єднання наведена на рис. 1; інтерфейс дозволяє виключити канал віддаленого зв'язку разом з парою пристроїв АКД, з'єднавши пристрої безпосередньо за допомогою нуль-модемного кабелю (рис. 2).

Рис.1. Повна схема з'єднання по RS-232C

Рис.2. З'єднання по RS-232C нуль-модемним кабелем

Стандарт описує керуючі сигнали інтерфейсу, пересилку даних, електричний інтерфейс і типи роз'ємів. У стандарті передбачені асинхронний і синхронний режими обміну, але COM-порти підтримують лише асинхронний режим. Функціонально RS-232C еквівалентний стандарту МККТТ V.24 / V.28 і стику С2, але вони мають різні назви сигналів.

Стандарт RS-232C описує несиметричні передавачі і приймачі - сигнал передається відносно загального проводу - схемної землі (симетричні диференціальні сигнали використовуються в інших інтерфейсах - наприклад, RS-422). Інтерфейс не забезпечує гальванічної розв'язки пристроїв. Логічної одиниці (стан MARK) на вході даних (сигнал RxD) відповідає діапазон напруги від -12 до -3 В; логічному нулю - від +3 до +12 В (стан SPACE). Для входів керуючих сигналів станом ON ( "включено") відповідає діапазон від +3 до +12 В, станом OFF ( "вимкнено") - від -12 до -3 В. Діапазон від -3 до +3 В - зона нечутливості, яка обумовлює гістерезис приймача: стан лінії буде вважатися зміненим тільки після перетину порога (рис. 3). Рівні сигналів на виходах передавачів повинні бути в діапазонах від -12 до -5 В і від +5 до +12 В. Різниця потенціалів між схемними землями (SG) з'єднуються пристроїв повинна бути менше 2 В, при більш високій різниці потенціалів можливо невірне сприйняття сигналів . Зауважимо, що сигнали рівнів ТТЛ (на входах і виходах мікросхем UART) передаються в прямому коді для ліній TxD і RxD і в інверсному - для всіх інших.

Інтерфейс передбачає наявність захисного заземлення для з'єднуються пристроїв, якщо вони обидва живляться від мережі змінного струму і мають мережеві фільтри.

УВАГА

Підключення та відключення яких телекомунікаційних пристроїв з автономним живленням повинно проводитися при відключеному харчуванні. Інакше різниця невирівняні потенціалів пристроїв в момент комутації може виявитися прикладеною вихідним або вхідним (що небезпечніше) ланцюгах інтерфейсу і вивести з ладу мікросхеми.

Стандарт RS-232C регламентує типи вживаних роз'ємів.

На апаратурі АПД (в тому числі на COM-портах) прийнято встановлювати вилки DB-25P або більш компактний варіант - DB-9P. Девятіштирьковие роз'єми не мають контактів для додаткових сигналів, необхідних для синхронного режиму (в більшості 25-штирьковий роз'єми ці контакти не використовуються).

На апаратурі АКД (модемах) встановлюють розетки DB-25S або DB-9S.

Це правило передбачає, що роз'єми АКД можуть підключатися до роз'ємів АПД безпосередньо або через перехідні "прямі" кабелі з розеткою і виделкою, у яких контакти з'єднані "один в один". Перехідні кабелі можуть бути і перехідниками з 9 на 25-штирьковий роз'єми (рис. 4).

Якщо апаратура АПД з'єднується без модемів, то роз'єми пристроїв (вилки) з'єднуються між собою нуль-модемним кабелем (Zero-modem, або Z-modem), які мають на обох кінцях розетки, контакти яких з'єднуються перехресно по одній з схем, наведених на рис. 5.

Мал. 3. Прийом сигналів RS-232C

Мал. 4. Кабелі підключення модемів

Мал. 5. Нуль-модемний кабель: а - мінімальний, б - повний

Якщо на якомусь устрої АПД встановлена ​​розетка - це майже 100% того, що до іншого пристрою воно повинне підключатися прямим кабелем, аналогічним кабелю підключення модему. Розетка встановлюється зазвичай на тих пристроях, у яких віддалене підключення через модем не передбачено.

У табл. 1 наведено призначення контактів роз'ємів COM-портів (і будь-який інший апаратури передачі даних АПД). Контакти роз'єму DB-25S визначені стандартом EIA / TIA-232-E, роз'єм DB-9S описаний стандартом EIA / TIA-574. У модемів (АКД) назва ланцюгів і контактів таке ж, але ролі сигналів (вхід-вихід) змінюються на протилежні.

Таблиця 1. Роз'єми і сигнали інтерфейсу RS-232C

позначення ланцюга	Контакт роз'єму	№ дроти кабелю виносного роз'єму PC	напрямок

1 Стрічковий кабель 8-бітних мультикарта.
2 Стрічковий кабель 16-бітних мультикарта і портів на системних платах.
3 Варіант стрічкового кабелю портів на системних платах.
4 Широкий стрічковий кабель до 25-контактного роз'єму.

Підмножина сигналів RS-232C, що відносяться до асинхронного режиму, розглянемо з точки зору COM-порту PC. Для зручності будемо користуватися мнемонікою назв, прийнятої в описах COM-портів і більшості пристроїв (вона відрізняється від безликих позначень RS-232 і V.24). Нагадаємо, що активного стану керуючих сигналів ( "включено") і нульового значення біта переданих даних відповідає позитивний потенціал (вище +3 В) сигналу інтерфейсу, а стану "вимкнено" і одиничного біту - негативний (нижче -3 В). Призначення сигналів інтерфейсу наведено в табл. 2. Нормальну послідовність керуючих сигналів для випадку підключення модему до COM-порту ілюструє рис. 6.

Таблиця 2. Призначення сигналів інтерфейсу RS-232C

	призначення
	Protected Ground - захисна земля, з'єднується з корпусом пристрою і екраном кабелю
	Signal Ground - сигнальна (схемна) земля, щодо якої діють рівні сигналів
	Transmit Data - послідовні дані - вихід передавача
	Receive Data - послідовні дані - вхід приймача
	Request To Send - вихід запиту передачі даних: стан "включено" повідомляє модем про наявність у терміналу даних для передачі. У напівдуплексному режимі використовується для керування напрямком - стан "включено" служить сигналом модему на перемикання в режим передачі
	Clear To Send - вхід дозволу терміналу передавати дані. Стан "вимкнено" забороняє передачу даних. Сигнал використовується для апаратного управління потоками даних
	Data Set Ready - вхід сигналу готовності від апаратури передачі даних (модем в робочому режимі підключений до каналу і закінчив дії за погодженням з апаратурою на протилежному кінці каналу)
	Data Terminal Ready - вихід сигналу готовності терміналу до обміну даними. Стан "включено" підтримує комутований канал в стані з'єднання
	Data Carrier Detected - вхід сигналу виявлення несучої віддаленого модему
	Ring Indicator - вхід індикатора виклику (дзвінка). У коммутируемом каналі цим сигналом модем сигналізує про прийняття виклику

Мал. 6. Послідовність керуючих сигналів інтерфейсу

1. Установкою DTR комп'ютер вказує на бажання використовувати модем.
2. Установкою DSR модем сигналізує про свою готовність і встановленні з'єднання.
3. Сигналом RTS комп'ютер запитує дозвіл на передачу і заявляє про свою готовність брати дані від модему.
4. Сигналом CTS модем повідомляє про свою готовність до прийому даних від комп'ютера і передачі їх в лінію.
5. Зняттям CTS модем сигналізує про неможливість подальшого прийому (наприклад, буфер заповнений) - комп'ютер повинен призупинити передачу даних.
6. Сигналом CTS модем дозволяє комп'ютеру продовжити передачу (в буфері з'явилося місце).
7. Зняття RTS може означати як заповнення буфера комп'ютера (модем повинен призупинити передачу даних в комп'ютер), так і відсутність даних для передачі в модем. Зазвичай в цьому випадку модем припиняє пересилку даних в комп'ютер.
8. Модем підтверджує зняття RTS скиданням CTS.
9. Комп'ютер повторно встановлює RTS для поновлення передачі.
10. Модем підтверджує готовність до цих дій.
11. Комп'ютер показує на завершення обміну.
12. Модем відповідає підтвердженням.
13. Комп'ютер знімає DTR, що зазвичай є сигналом на розрив з'єднання ( "повісити трубку").
14. Модем скиданням DSR сигналізує про розрив з'єднання.

З розгляду цієї послідовності стають зрозумілими з'єднання DTR-DSR і RTS-CTS в нуль-модемних кабелях.

Асинхронний режим передачі

Асинхронний режим передачі є байт-орієнтованим (символьно-орієнтованим): мінімальна пересилається одиниця інформації - один байт (один символ). Формат посилки байта ілюструє рис. 7. Передача кожного байта починається зі старт-біта, що сигналізує приймачу про початок посилки, за яким слідують біти даних і, можливо, біт парності (Parity). Завершує посилку стоп-біт, що гарантує паузу між посилками. Старт-біт наступного байта посилається в будь-який момент після стоп-біта, тобто між передачами можливі паузи довільної тривалості. Старт-біт, що має завжди строго певне значення (логічний 0), забезпечує простий механізм синхронізації приймача по сигналу від передавача. Мається на увазі, що приймач і передавач працюють на одній швидкості обміну. Внутрішній генератор синхронізації приймача використовує лічильник-дільник опорної частоти, обнуляється в момент прийому початку старт-біта. Цей лічильник генерує внутрішні строби, за якими приймач фіксує наступні прийняті біти. В ідеалі строби розташовуються в середині бітових інтервалів, що дозволяє приймати дані і при незначному неузгодженості швидкостей приймача і передавача. Очевидно, що при передачі 8 біт даних, одного контрольного і одного стоп-біта гранично допустиме неузгодженість швидкостей, при якому дані будуть розпізнані вірно, не може перевищувати 5%. З урахуванням фазових спотворень і дискретності роботи внутрішнього лічильника синхронізації реально допустимо менше відхилення частот. Чим менше коефіцієнт ділення опорної частоти внутрішнього генератора (чим вище частота передачі), тим більше похибка прив'язки стробов до середини бітового інтервалу, і вимоги до узгодженості частот стають більш суворі. Чим вище частота передачі, тим більше вплив спотворень фронтів на фазу сигналу. Взаємодія цих факторів призводить до підвищення вимог до узгодженості частот приймача і передавача із зростанням частоти обміну.

Рис.7. Формат асинхронної передачі RS-232C

Формат асинхронної посилки дозволяє виявляти можливі помилки передачі.

• Якщо прийнятий перепад, що сигналізує про початок посилки, а по стробу старт-біта зафіксований рівень логічної одиниці, старт-біт вважається помилковим і приймач знову переходить в стан очікування. Про цю помилку приймач може не повідомляти.
• Якщо під час, відведений під стоп-біт, виявлений рівень логічного нуля, фіксується помилка стоп-біта.
• Якщо застосовується контроль парності, то після посилки біт даних передається контрольний біт. Цей біт доповнює кількість одиничних біт даних до парного або непарного в залежності від прийнятої угоди. Прийом байта з невірним значенням контрольного біта призводить до фіксації помилки.
• Контроль формату дозволяє виявляти обрив лінії: як правило, при обриві приймач "бачить" логічний нуль, який спочатку трактується як старт-біт і нульові біти даних, але потім спрацьовує контроль стоп-біта.

Для асинхронного режиму прийнятий ряд стандартних швидкостей обміну: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600 і 115200 біт / с. Іноді замість одиниці виміру "біт / с" використовують "бод" (baud), але при розгляді довічних переданих сигналів це некоректно. У бодах прийнято вимірювати частоту зміни стану лінії, а при недвійковий способі кодування (широко застосовується в сучасних модемах) в каналі зв'язку швидкості передачі біт (біт / с) і зміни сигналу (бод) можуть відрізнятися в кілька разів.

Кількість біт даних може становити 5, 6, 7 або 8 (5- і 6-бітові формати поширені незначно). Кількість стоп-біт може бути 1, 1,5 або 2 ( "півтора біта" означає тільки тривалість стопового інтервалу).

Управління потоком даних

Для управління потоком даних (Flow Control) можуть використовуватися два варіанти протоколу - апаратний і програмний. Іноді управління потоком плутають з квотуванням. Квитування (handshaking) має на увазі посилку повідомлення про отримання елемента, в той час як управління потоком передбачає посилку повідомлення про можливість або неможливість подальшого прийому даних. Найчастіше управління потоком засноване на механізмі квітірованія.

Апаратний протокол управління потоком RTS / CTS (hardware flow control) використовує сигнал CTS, який дозволяє зупинити передачу даних, якщо приймач не готовий до їх прийому (рис. 8). Передавач "випускає" черговий байт тільки при включеній лінії CTS. Байт, який вже почав передаватися, затримати сигналом CTS неможливо (це гарантує цілісність посилки). Апаратний протокол забезпечує найшвидшу реакцію передавача на стан приймача. Мікросхеми асинхронних приймачів мають не менше двох регістрів в приймальні частини - зсувний, для прийому чергової посилки, і зберігає, з якого зчитується прийнятий байт. Це дозволяє реалізувати обмін по апаратному протоколу без втрати даних.

Рис.8. Апаратне керування потоком

Апаратний протокол зручно використовувати при підключенні принтерів і плотерів, якщо вони його підтримують. При безпосередньому (без модемів) з'єднанні двох комп'ютерів апаратний протокол вимагає перехресного з'єднання ліній RTS - CTS.

При безпосередньому з'єднанні у передавального терміналу має бути забезпечено стан "включено" на лінії CTS (з'єднанням власних ліній RTS - CTS), в іншому випадку передавач буде "мовчати".

Застосовувані в IBM PC приймачі 8250/16450/16550 сигнал CTS апаратно відпрацьовується, а тільки показують його стан в регістрі MSR. Реалізація протоколу RTS / CTS покладається на драйвер BIOS Int 14h, і називати його "апаратним" не зовсім коректно. Якщо ж програма, яка користується COM-портом, взаємодіє з UART на рівні регістрів (а не через BIOS), то обробкою сигналу CTS для підтримки даного протоколу вона займається сама. Ряд комунікаційних програм дозволяє ігнорувати сигнал CTS (якщо не використовується модем), і для них не потрібно з'єднання входу CTS з виходом навіть свого сигналу RTS. Однак існують і інші приймачі (наприклад, 8251), в яких сигнал CTS відпрацьовується апаратно. Для них, а також для "чесних" програм, використання сигналу CTS на роз'ємах (а то і на кабелях) обов'язково.

Програмний протокол управління потоком XON / XOFF передбачає наявність двонаправленого каналу передачі даних. Працює протокол наступним чином: якщо пристрій, що приймає дані, виявляє причини, за якими воно не може їх далі приймати, воно по зворотному послідовному каналу посилає байт-символ XOFF (13h). Протилежне пристрій, прийнявши цей символ, призупиняє передачу. Коли приймаючий пристрій знову стає готовим до прийому даних, воно посилає символ XON (11h), прийнявши який протилежне пристрій відновлює передачу. Час реакції передавача на зміну стану приймача в порівнянні з апаратним протоколом збільшується, принаймні, на час передачі символу (XON або XOFF) плюс час реакції програми передавача на прийом символу (рис. 9). З цього випливає, що дані без втрат можуть прийматися тільки приймачем, мають додатковий буфер прийнятих даних і сигналізує про неготовність завчасно (маючи в буфері вільне місце).

Рис.9. Програмне управління потоком XON / XOFF

Перевага програмного протоколу полягає у відсутності необхідності передачі керуючих сигналів інтерфейсу - мінімальний кабель для двостороннього обміну може мати тільки 3 дроти (см. Рис. 5, а). Недоліком, крім обов'язкової наявності буфера і більшого часу реакції (що знижує загальну продуктивність каналу через очікування сигналу XON), є складність реалізації полнодуплексного режиму обміну. В цьому випадку з потоку прийнятих даних повинні виділятися (і оброблятися) символи управління потоком, що обмежує набір переданих символів.

Крім цих двох поширених стандартних протоколів, підтримуваних і ПУ, і ОС, існують і інші.

RS-232 - це назва стандарту (RS- рекомендований стандарт, 232 - його номер), який був розроблений в 60-х роках минулого століття для підключення до комп'ютера зовнішніх пристроїв (принтера, сканера, миші та ін.), А також зв'язку комп'ютерів між собою. ІнтерфейсRS-232 розроблявся для з'єднання пристроїв двох видів: термінального і зв'язкового. Термінальне обладнання (DTE), наприклад комп'ютер, може посилати або приймати дані по послідовному інтерфейсу. Чіткий обладнання (DCE) розуміється як пристрій, який може практично реалізувати послідовну передачу даних.

Найбільш часто в якості DCEіспользуется модем, що організує обмін інформацією з використанням телефонних ліній зв'язку. Можливо також з'єднання двухDTE-пристроїв, наприклад, комп'ютерів безпосередньо за допомогою інтерфейсаRS-232 без використання модемів. СтандартRS-232 описує види і параметри сигналів, способи їх передачі, типи роз'ємів.

роз'ємиRS-232. Застосовуються 25-контактний раз'емDB-25 або більше компактний 9-контактний варіантDB-9.

сигналиRS-232. Стандарт передбачає асинхронний і синхронний режими обміну, але в даний час практично використовується тільки асинхронний, тим більше, чтоCOM-порти підтримують лише асинхронний режим. В інтерфейсі є дві лінії сигналів послідовних даних: TxD- передані іRxD- прийняті, а також кілька ліній сигналів управління: RTSіCTS- перша пара квітірованія, DTRіDSR- друга пара квітірованія, DCDіRI- сигнали стану модему. Є загальний проводSG- сигнальне заземлення та лініяPG- захисне заземлення (корпус).

В інтерфейсі використовується небалансний метод передачі сигналів з несиметричними передавачами і приймачами. З'єднання передавача і приймача наведено на рис. 14.1, де прийнято такі умовні позначення: T (Transmitter) - передавач; R (Receiver) - приймач; TI (TransmitterInput) - цифровий вхід передавача; RO (ReceiverOutput) - цифровий вихід приймача; UT - лінійне напруги на виході передавача іU R - на вході приймача.

Мал. 14.1. З'єднання передавача і приймача в інтерфейсі RS-232

Рівні сигналів на виходах передавачів повинні бути в діапазоні від -15 до -5 В для представлення логічної 1 і в діапазоні від +5 до +15 В для представлення логічного 0. На практиці величина напружень логічних рівнів сигналів не перевищує ± 12 В.

Формати передачі даних.В інтерфейсі RS-232 використовується асинхронний метод передачі послідовних даних. За відсутності передачі повідомлень лінії даних знаходяться в стані логічної 1. Повідомлення передаються кадрами. Кожен кадр складається з стартового біта, бітів даних, біта паритету і степових бітів. Старт-біт завжди має рівень логічного 0. Кількість бітів даних за стандартом може бути 5, 6, 7 і 8. Найчастіше використовуються 8 або 7 бітів. Кількість стоп-бітів: 1 або 2. стопового біти завжди мають рівень логічної 1. Біти даних передаються, починаючи з молодшого. Швидкість передачі в RS-232 може вибиратися з ряду: 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 біт / с. Синхронізація генератора приймача здійснюється в момент надходження старт-біта з лінії зв'язку від передавача.

Для перетворення паралельних даних в послідовні і навпаки, пристрої, що підключаються до інтерфейсу RS-232, повинні мати модуль універсального асинхронного прийомопередавача UART. Цей модуль працює, як правило, з сигналами ТТЛ-рівнів. Для перетворення цих сигналів в рівні інтерфейсу RS-232 і навпаки використовуються передавачі та приймачі.

З'єднання пристроїв інтерфейсу.Стандарт RS-232 передбачає безпосереднє з'єднання контактів роз'ємів пристроїв DTE і DCE. Якщо апаратура DTE, наприклад, два комп'ютери підключаються без модемів, то їх роз'єми з'єднуються між собою нуль-модемним кабелем. При цьому можливо кілька варіантів підключення. На рис. а приведено з'єднання з повним протоколом квитирования. Воно вимагає 7 проводів кабелю. На рис. б наведено приклад нуль-модемного з'єднання, яке вимагає тільки трьох проводів кабелю для двостороннього обміну даними. Для того, щоб пристрої могли передавати дані по інтерфейсу, їх виходи RTS з'єднуються зі своїми входами CTS, а виходи DTR - зі своїми входами DSR і DCD. Таким чином, обидва пристрої DTE-1 і DTE-2 завжди будуть готові до передачі.

З'єднання комп'ютерів нуль-модемним кабелем:

а) - з повним протоколом квитирования; б) - без сигналів квитування

Управління потоком данихозначає можливість зупинити, а після цього відновити передачу даних без їх втрати. Можуть використовуватися два варіанти протоколу: апаратний і програмний.

Апаратний протокол управління потоком зазвичай використовує пару сигналів квитування RTS / CTS. При цьому контакт RTS роз'єму одного пристрою з'єднується з контактом CTS роз'єму іншого пристрою. На рис. 14.3, а наведена схема підключення пристрою DTE-1 (наприклад, комп'ютера) до пристрою DTE-2 (наприклад, принтеру або контролера) при односторонній передачі.

Коли приймач (DTE-2) готовий до прийому, він встановлює сигнал на контакті свого роз'єму RTS. Передавач (DTE-1), отримавши цей сигнал на контакті CTS свого роз'єму, передає черговий байт даних. Якщо сигнал CTS на роз'ємі передавача буде скинутий, то він припиняє передачу. Повідомлення, яке вже почало передаватися, затримати сигналом CTS неможливо. Якщо необхідна двостороння передача (двобічний обмін), то апаратний протокол вимагає перехресного з'єднання ліній RTS і CTS, як показано на рис. 14.3, б.

Програмний протокол управління потоком полягає в посилці приймаючою стороною спеціальних символів зупинки передачі XOFF і відновлення передачі XON. При цьому передбачається наявність двонаправленого каналу обміну даними. Роботу цього протоколу можна описати таким чином. Передавальний пристрій посилає дані на контакт свого роз'єму TxD, а приймальне приймає їх з контакту RxD свого роз'єму. Якщо приймальний пристрій не може приймати дані, то воно посилає на лінію зв'язку (контакт TxD) байт-символ XOFF. Передавач, прийнявши цей символ з контакту RxD, зупиняє передачу. Потім, коли приймаючий пристрій знову стає готовим до прийому даних, воно посилає байт-символ XON. Прийнявши його, передавальний пристрій відновлює передачу.

Мал. 14.3. З'єднання двох DTE з апаратним протоколом управління потоком RTS / CTS: а) - при односторонній передачі; б) - при двосторонньої передачі

Довжина з'єднувального кабелю.Довжина кабелю впливає на максимальну швидкість передачі інформації. Максимальна довжина стандартного кабелю 15 метрів при швидкості передачі 19200 біт / с. При зменшенні швидкості передачі довжина кабелю може бути істотно збільшена.

переваги інтерфейсу RS -232 : Великий парк працюючого обладнання, що використовує цей стандарт; простота і дешевизна з'єднувального кабелю; простота і доступність програмного забезпечення для роботи з інтерфейсом.

недоліки інтерфейсу : Невисока швидкість обміну; мала довжина кабелю; невисока стійкість; інтерфейс призначений для з'єднання, як правило, тільки двох пристроїв (передавача і приймача).