Последовательные порты. Параллельные порты рс
Все, кто хоть раз пытался собрать самостоятельно ПК либо прикупить одно из комплектующих, сталкивались с вопросом о портах. Параллельный или последовательный? Четырехконтактный или разъем на 16 пин? Вывод через порт или память? Все эти вопросы возникают по мере изучения этой темы и выбора нужного кабеля.
Порт
Что же такое порт? Это специальный разъем в ПК, который работает как связующее звено разного рода устройств с системой компьютера. Порты условно синонимы разъемам, которые нужны для работы периферийных девайсов, отделенных от архитектуры ПК. К примеру, в противопоставление стоит отметить, что сетевой разъем, или место для подключения чипа и ОЗУ, портом не называется.
Часть портов могут поддерживать горячее подключение и отключение, некоторые нуждаются в том, чтобы предварительно отключить систему, а после подсоединять порт.
Аппаратный порт представлен целым рядом типов. Так, сюда относят параллельный интерфейс, последовательный, USB, PATA/SATA, PS/2 и четверку современных видеоинтерфейсов: Display Port, HDMI, VGA, DVI.
Параллельный
Речь пойдет об одном из этих типов интерфейса. Параллельный был создан для ПК в качестве связующего звена периферийного устройства и компьютера. Если речь идет о вычислительной технике, то этот тип физически реализует параллельное соединение, что вполне логично.
Часто можно услышать выражение «параллельный порт принтера», и это неспроста. Тип данного интерфейса получил имена принтерного порта и порта Centronics сразу после своего рождения.
Начало
Такое название и вправду получилось неспроста. Интерфейс разработала компания Centronics, которая в 1970 году выпустила принтер с ним. Над портом работали в компании "Говард" и "Робинсон". Никто не планировал создавать новый тип или делать революционное открытие. Все случилось де-факто, а параллельный порт стал отраслевым стандартом.
На тот момент существовало много разнообразных кабелей, которые использовали производители. К примеру, популярным был DC-3, 36, 25 и 50-контактный разъем.
Развитие
Развитие принтерного порта подхватили быстро. Компании одна за другой начали реализовывать свои версии. Стали появляться плоские варианты на большое количество пинов. Dataproducts работала с интерфейсом, разработав DC-37, который относился к хосту, и 50-контактный порт, подключаемый к принтеру.
Dataproducts создала сразу несколько вариантов. Параллельное соединение можно было реализовать на коротких расстояниях до 15 метров, а для длинного соединения - до 150 метров. Прослужил этот интерфейс долго. Аж до 1990-х годов многие производители использовали его как опцию.
Американская компания IBM также решила сделать взнос в создание параллельного порта компьютера. В момент выхода её первого персонального компьютера можно было ознакомиться с модификацией Centronics. Интересно, что для многих пользователей сразу поставили условие. Лишь переработанные принтеры от Epson, которые обзавелись логотипом IBM, могли функционировать с этим интерфейсом.
Компания потрудилась над стандартизацией кабеля формата DB25F. После чего производители принтеров начали реализовывать стандарт в своих моделях. А в начале 90-х популярный порт Centronics стали менять на IEEE 1284.
Разновидность
Так новинка вошла в обиход и обзавелась своими поклонниками. IEEE 1284 имеет еще одно название - LPT. Параллельный порт обзавелся международной стандартизацией и все так же служит для соединения периферийных девайсов.
Как и прошлый вариант, его чаще применяют для активации принтера, сканера и разного внешнего оборудования. В отличие от предыдущей модификации, стало реальным создавать связь двух ПК, активации механизмов телеуправления.
Основой для IEEE 1284 стал порт Centronics и его разнообразные вариации.
Сравнение
Как уже упоминалось ранее, интерфейс Centronics был создан одноименной компанией и широко применялся для ПК фирмы IBM. Благодаря этому разъему возможно было подключать печатающие аппараты. Он долго считался основным, хотя официально таковым не являлся.
Сначала его создали для однонаправленной передачи информации, поэтому он идеально подходил для принтеров. Когда стали работать над дуплексными модификациями, было решено официально закрепить один из новоявленных стандартов. Так появился EEE 1284.
Разновидность
Что же собой представляет этот параллельный порт? Со стороны компьютера он представлен разъемом на 25 контактов в два ряда формата DB-25-female. Сразу нужно отметить, что это так называемая «мама», а вот есть аналогичный разъем - «папа», который ранее применялся в ПК в качестве COM-порта.
Периферийное оборудование чаще обзаводится 36-пиновым микроразъемом в виде ленты, поэтому кабель с одной стороны имеет 25 контактов DB-25-male и подключается к ПК, а на другой - 36 пинов IEEE 1284-B. Иногда этот вариант заменяет MiniCentronics - порт, который представлен кабелем AC на 36 пинов.
Среди всех есть и CC-кабели, с обеих сторон которых находится MiniCentronics. Это очень редкая модификация, рассчитанная на устройства со стандартом IEEE 1284-II.
Поскольку перед нами стандарт, он имеет некоторые требования, которые нужно соблюдать. К примеру, длина кабеля не может быть больше трех метров. Само строение представлено витыми парами в общем или индивидуальном экране. Редко встречаются ленточные версии.
Если присмотреться к старым моделям сканеров, тут также встречался порт DB-25-male, вместо IEEE 1284-B. Интересно, что подобные устройства имели дополнительный разъем DB-25-female, чтобы была возможность присоединить принтер. Так сканер передавал информацию через два интерфейса.
Физическая реализация
Основной порт Centronics, как уже упоминалось ранее, был представлен однонаправленным параллельным портом. Кабель реализовал основные характеристики. Так, имелось 8 сигнальных линий для перемещения, стробы и линия состояния устройства.
Очевидно, что однонаправленный интерфейс позволял передавать материалы в одну сторону от ПК к оборудованию. Несмотря на это, технология была несколько шире. Имелось пять обратных линий, которые осуществляли контроль состояния аппарата. Скорость, с которой возможно было передавать информацию, колебалась и поднималась до 1,2 Мбит/с.
Расширения
Все первоначальные модификации позже объединились и были стандартизированы. Само действие унификации закончилось тем, что был зарегистрирован стандарт IEEE-1284. Но это не решило вопроса полного соответствия. Новинка все же отличалась от ранее созданных специализированных расширений.
Самыми известными стали разработки Hewlett-Packard. Наряду с Centronics появился порт Bitronics. Он получил двустороннюю технологию, перемещал данные в два направления и нужен был для сбора информации по состоянию принтера.
Bitronics работал с протоколом мультиплексированной шины HP. Технология давала возможность использовать «цепочку»: подключать к разъему LPT несколько девайсов. Чтобы реализовать эту задачу, было создано несколько стандартов, хотя и тут совместимости достичь не удалось.
Поэтому, если вы встречали устаревшие устройства Hewlett-Packard, которые некорректно работают - это неудивительно. Вся проблема именно в портах и реализации.
Возможности
Параллельный интерфейс можно использовать в нескольких режимах. Например, SPP - это стандартная реализация одностороннего порта, который совместим с Centronics. Nibble Mode - это режим двунаправленной передачи данных. Он работает благодаря управляющим линиям. В свое время был единственным вариантом, благодаря которому Centronics передавал двунаправленно информацию.
Byte Mode - еще один вариант двусторонней синхронизации, который не стал популярным, но все равно использовался с некоторыми контроллерами. EPP - режим работы от ведущих производителей Intel, Xircom и Zenith Data Systems, также занимался двусторонней передачей информации со скоростью 2 Мбайт/с.
И последний режим - ЕСР. Над ним работали компании Microsoft и Hewlett-Packard. Появилось аппаратное сжатие файлов, буфер, работа в прямом доступе к памяти.
Применение
Не секрет, что сейчас большинство принтеров подключаются за счет кабелей USB. До того как появился этот вариант разъем являлся единственным вариантом. Но помимо этого существовал и в разных периферийных девайсах.
Сейчас трудно говорить, что же появилось ранее и первее, но известными стали электронные ключи, которые защищали ПО от копирования. Также этот порт перешел в распоряжение накопителей и сканеров. А это, в свою очередь, дало толчок к созданию разъемов с параллельным соединением для модемов, звуковых карт, веб-камер, геймпадов и пр.
Следом стали разрабатывать адаптеры для стандарта SCSI в паре с параллельным типом. Известны и переходники для EPROM и аппаратных контроллеров.
Современное использование
Параллельный интерфейс стал менее популярным. Его заменили кабели USB, а для сетевого соединения - Ethernet. Многие производители считают параллельный тип разъемов устаревшим. Поэтому он массово начинает пропадать с интерфейсных панелей компьютеров и ноутбуков. Microsoft просит разработчиков удерживаться от применения этого типа портов. А для тех, кто все-таки не готов отказаться от такого варианта, есть адаптер «параллельный порт USB».
Разница
Часто сравнивают последовательные и параллельные порты. В системах от IBM, помимо параллельного интерфейса, имелись последовательные и встроенные, для клавиатуры. Последовательный порт часто служил для подключения высокоскоростных коммуникационных девайсов, которые работали по формату RS-232. Тут речь идет о модемах и подобных устройствах.
Последовательный порт легче было реализовать для техники, которая требовала передачу небольшого объема данных. Сюда можно отнести и обычную компьютерную мышь.
Ошибка
О параллельном интерфейсе люди часто узнают от самой системы. Иногда возникают неполадки, которые заставляют пользователя попотеть, чтобы исправить их. Так, некоторые могли заметить сбой «Драйвер параллельного порта». Обычно эта ошибка появляется в журнале системы и помечена красным крестиком.
Сейчас такая неполадка все реже встречается в системе. Может возникать при запуске Parport, когда отсутствует параллельный порт на плате. В этом случае можно отправиться в реестр и в разделе Parport найти строку «Start». Тут нужно поменять значение «2» на «4».
Выводы
Параллельный порт сейчас уже отходит в прошлое. Над ним работали еще в прошлом веке, а уже в нашем смогли заменить на более удобные разъемы. Те варианты, которые остались без изменения, смогли обзавестись адаптерами. Так стало реальным приобрести контроллер параллельного порта PCI, замену USB и других популярных интерфейсов.
В интернете много способов самостоятельно сделать тот или иной кабель. Но, честно говоря, варианты не совсем безопасны и вызывают сомнения. Лучше, если вам вдруг понадобился параллельный порт для устройства, поискать в магазинах. Он хотя и не выпускается, но все равно остался в продаже. А самостоятельно собирая ПК, лучше внимательно присмотреться к интерфейсной панели материнки, чтобы позже не столкнуться с неприятностями.
Лабораторная работа №6.
Тема : параллельные и последовательные порты и их особенности работы.
Цель работы : изучение особенностей работы параллельных и последовательных портов.
Задачи:
Изучить особенности работы параллельных и последовательных портов;
Выполнить задания по теме;
Оформить отчет по лабораторной работе и представить преподавателю.
Краткая теория по теме:
Принтеры, модемы и другое периферийное оборудование подключаются к компьютеру через стандартизированные интерфейсы, называемые портами. В зависимости от способа передачи информации между сопряженными устройствами различают параллельные и последовательные интерфейсы.
Последовательный порт стандарта RS-232-C. Является стандартом для соединения ЭВМ с различными последовательными внешними устройствами. В операционных системах каждому порту RS-232 присваивается логическое имя COM1-COM4.
Последовательная передача данных состоит в побитовой передаче каждого байта цифровой информации, в форме кадра данных, содержащего сигнал начала передачи (Start), сигнал окончания передачи (Stop) и информационные биты.
Структура кадра данных при передаче байта информации в стандарте RS-232-C
Бит ST сигнализирует о начале передачи данных, затем передается информационные биты - вначале младшие, потом старшие.
Иногда используется контрольный бит Р, которому присваивается такое значение, чтобы общее число единиц или нулей было четным или нечетным. Это применяется для контроля правильности передачи кадра. Приемное устройство проверяет кадр на четность и при несовпадении с ожидаемым значением передает запрос о повторе передачи кадра. Бит (или биты) SP сигнализирует об окончании передачи байта.
Использование (или нет) битов р, ST, SP задает формат передачи данных (кадра) на уровне RS-232. Принимающее и передающее устройства должны применять одинаковые форматы.
Стандарт RS-232-C определяет взаимодействие между устройствами двух типов:
DTE (Data terminal equipment - оконечное/терминальное устройство);
DCE (Data communication equipment - устройство связи ).
В большинстве случаев компьютер, терминал являются DTE, модемы, принтеры, графопостроители - DCE.
Параллельный порт используется для одновременной передачи 8 битов информации. В компьютерах этот порт используется главным образом для подключения принтера, графопостроителей и других устройств. Параллельные порты обозначаются LPT1-LPT4.
Интерфейс USB (Universal Serial Bus) – универсальная последовательная шина призвана заменить устаревшие последовательный (COM-порт) и параллельный (LTP-порт) порты. Шина USB допускает подключение новых устройств без выключения компьютера. Шина сама определяет, что именно подключили к компьютеру, какой драйвер и ресурсы понадобятся устройству, после чего выделяет их без вмешательства пользователя. Шина USB позволяет подключить до 127 устройств.
IEEE 1394 (Institute of Electrical and Electronic Engineers 1394 – стандарт Института инженеров по электротехнике и электронику 1394) - последовательный интерфейс, предназначенный для подключения внутренних компонентов и внешних устройств. IEEE 1394 известен также под именем FireWire «огненный провод». Цифровой последовательный интерфейс FireWire характеризуется высокой надежностью и качеством передачи данных, его протокол поддерживает гарантированную передачу критичной по времени информации, обеспечивая прохождение видео- и аудиосигналов в реальном масштабе времени без заметных искажений. При помощи шины FireWire можно подключить до 63 устройств и практически в любой конфигурации, чем она выгодно отличается от трудноконфигурируемых шин SCSI. Этот интерфейс используется для подключения жестких дисков, дисководов CD-ROM и DVD-ROM, а также высокоскоростных внешних устройств, таких как видеокамеры, видеомагнитофоны и т.д.
Параллельный порт (Centronics) используется для одновременной передачи 8 битов информации. В компьютерах этот порт используется главным образом для подключения принтера, хотя это не исключает возможность подсоединения к нему других устройств, например графопостроителей или даже других ПЭВМ.
Параллельные порты компьютера обозначаются LPT1- LPT4, поддерживаются BIOS-прерыванием INT 17h:
00h - вывод символа без аппаратных прерываний;
O1h - инициализация интерфейса и принтера;
02h - опрос состояния принтера.
Конструктивно порт обычно оформлен в виде 25-контактного разъема типа D (DB25).
Имеется восемь шин данных, для каждой из них - своя линия заземления.
Кроме того, имеются управляющие сигналы:
сигнал строба strobe на контакте 1 сообщает принтеру, что текущая передача данных окончена и принтер может печатать символ;
линия подтверждения готовности АСК на контакте 10. До тех пор, пока на этой линии высокий потенциал, компьютер не посылает данных;
линия занятости Busy сигнализирует компьютеру о том, что принтер занят;
линия выбора Select показывает, что принтер выбран (то есть режим онлайн);
линия автоматического перевода строки Fdxt;
линия ошибки Error - принтер сообщает об ошибке (например, кончилась бумага);
линия Ink - компьютер переводит принтер в то состояние, в котором он находился после включения питания (то есть начальное состояние);
линия Slctin - по этой линии компьютеру сообщается, готов ли принтер принимать данные (при низком уровне сигнала - готов, при высоком - нет).
Более новые параллельные порты выполнены в стандарте IEEE 1284, первая редакция которого вышла в 1994 году. Этот стандарт определяет пять следующих режимов работы:
Режим совместимости.
Режим тетрады.
Режим байтов.
Режим ЕРР (Расширенный параллельный порт).
Режим ЕСР (Режим с расширенными возможностями).
Задание 1 . Определить внешние интерфейсы целевого компьютера.
Задание 2. Подключить к целевому компьютеру принтер.
Задание 3. Подключить к целевому компьютеру монитор
Задание 4. Подключить к целевому компьютеру сканер.
Содержание отчета
Отчет должен содержать:
Название работы.
Цель работы.
Задание и его решение.
Вывод по работе.
Вопросы для самоконтроля
Какие типы внешних интерфейсов вы знаете?
Дайте сравнительную характеристику интерфейсов USB и IEEE 1384 (FireWire).
Дайте сравнительную характеристику параллельного и последовательного порта.
Что такое порты устройств?
Охарактеризуйте основные виды портов
Наряду с параллельным портом COM-порт, или последовательный порт является одним из традиционных портов ввода-вывода компьютера, использовавшимся еще в первых ПК. Хотя в современных компьютерах COM-порт имеет ограниченное применение, тем не менее, информация о нем, возможно, будет полезной многим пользователям.
Последовательный порт, как и параллельный, появился задолго до появления персональных компьютеров архитектуры IBM PC. В первых персоналках COM-порт использовался для подсоединения периферийных устройств. Однако сфера его применения несколько отличалась от сферы применения параллельного порта. Если параллельный порт использовался в основном для подключения принтеров, то COM-порт (кстати, приставка COM – это всего лишь сокращение от слова communication) обычно применялся для работы с телекоммуникационными устройствами, такими, как модемы. Тем не менее, к порту можно подключить, например, мышь, а также другие периферийные устройства.
COM-порт, основные сферы применения:
- Подключение терминалов
- ~ внешних модемов
- ~ принтеров и плоттеров
- ~ мыши
- Прямое соединение двух компьютеров
В настоящее время сфера применения СОМ-порта значительно сократилась благодаря внедрению более быстрого и компактного, и, кстати, тоже последовательного, интерфейса USB. Почти вышли из употребления внешние модемы, рассчитанные на подключение к порту, а также «COM-овские» мыши. Да и редко кто теперь соединяет два компьютера при помощи нуль-модемного кабеля.
Тем не менее, в ряде специализированных устройств последовательный порт до сих используется. Можно найти его и на многих материнских платах. Дело в том, что по сравнению с USB COM-порт имеет одно важное преимущество – согласно стандарту последовательной передачи данных RS-232, он может работать с устройствами на расстоянии в несколько десятков метров, в то время как радиус действия кабеля USB, как правило, ограничен 5 метрами.
Принцип работы последовательного порта и его отличие от параллельного
В отличие от параллельного (LPT) порта, последовательный порт передает данные побитно по одной-единственной линии, а не по нескольким одновременно. Последовательности битов группируются в серии данных, начинающиеся стартовым битом и кончающиеся стоповым битом, а также битами контроля четности, использующимися для контроля ошибок. Отсюда происходит и еще одно английское название, которое имеет последовательный порт – Serial Port.
Последовательный порт имеет две линии, по которым передаются собственно данные – это линии для передачи данных от терминала (ПК) к коммуникационному устройству и обратно. Кроме того, существует еще несколько управляющих линий. Обслуживает Serial port специальная микросхема UART, которая способна поддерживать относительно высокую скорость передачи данных, достигающую 115 000 бод (байт/с). Правда, стоит отметить, что реальная скорость обмена информацией зависит от обоих коммуникационных устройств. Кроме того, в функции контроллера UART входит преобразование параллельного кода в последовательный и обратно.
Порт использует электрические сигналы сравнительного высокого напряжения – до +15 B и -15 В. Уровень логического нуля последовательного порта составляет +12 В, а логической единицы – -12 В. Такой большой перепад напряжений позволяет гарантировать высокую степень помехоустойчивости передаваемых данных. С другой стороны, используемые в Serial port высокие напряжения требуют сложных схемотехнических решений. Это обстоятельство также поспособствовало снижению популярности порта.
Последовательный интерфейс RS-232
Работа Serial port на ПК базируется на стандарте передачи данных для последовательных устройств RS-232. Этот стандарт описывает процесс обмена данными между телекоммуникационным устройством, например, модемом и компьютерным терминалом. Стандарт RS-232 определяет электрические характеристики сигналов, их назначение, длительность, а также размеры коннекторов и схему выводов для них. При этом RS-232 описывает лишь физический уровень процесса передачи данных и не касается используемых при этом транспортных протоколов, которые могут меняться в зависимости от используемого коммуникационного оборудования и программного обеспечения.
Стандарт RS-232 был создан в 1969 г, а его последняя версия, TIA 232, вышла в 1997 г. В настоящее время RS-232 считается устаревшим, однако большинство операционных систем до сих пор его поддерживает.
В современных компьютерах разъем Serial port представляет собой 9-штырьковый разъем типа «вилка» DB-9, хотя стандарт RS-232 описывает также разъем с 25–ю контактами – DB-25, который часто применялся на старых компьютерах. Разъем DB-9 обычно расположен на системной плате ПК, хотя в старых компьютерах он мог находиться на специальной мультикарте, вставляемой в слот расширения.
9- штырьковое гнездо DB-9 на материнской плате
Разъем DB-9 на кабеле подключаемого к порту устройства
В отличие от параллельного порта, разъемы с обеих сторон двустороннего последовательного кабеля идентичны. Помимо линий для передачи самих данных, порт содержит несколько служебных линий, по которым между терминалом (компьютером) и телекоммуникационным устройством (модемом) может передаваться управляющая информация. Хотя теоретически для работы последовательного порта достаточно лишь трех каналов – прием данных, передача данных и земля, практика показала, что наличие служебных линий делает связь более эффективной, надежной и, как следствие, более быстрой.
Назначение линий разъема Serial port DB-9 согласно RS-232 и их соответствие контактам разъема DB-25:
| Контакт DB-9 | Английское название | Русское название | Контакт DB-25 |
| 1 | Data Carrier Detect | Несущая обнаружена | 8 |
| 2 | Transmit Data | Передаваемые данные | 2 |
| 3 | Receive Data | Принимаемые данные | 3 |
| 4 | Data Terminal Ready | Готовность терминала | 20 |
| 5 | Ground | Земля | 7 |
| 6 | Data Set Ready | Готовность передающего устройства | 6 |
| 7 | Request To Send | Запрос на отправку данных | 4 |
| 8 | Clear To Send | Передача данных разрешена | 5 |
| 9 | Ring Indicator | Индикатор звонка | 22 |
Конфигурирование и прерывания
Поскольку в компьютере может быть несколько последовательных портов (до 4), то в системе для них выделяется два аппаратных прерывания - IRQ 3 (COM 2 и 4) и IRQ 4 (COM 1 и 3) и несколько прерываний BIOS. Многие коммуникационные программы, а также встроенные модемы используют для своей работы прерывания и адресное пространство портов COM. При этом обычно применяются не реальные порты, а так называемые виртуальные порты, которые эмулируются самой операционной системой.
Как и в случае многих других компонентов материнской платы, параметры работы портов COM, в частности, значения прерываний BIOS, соответствующих аппаратным прерываниям, можно настроить через интерфейс BIOS Setup. Для этого используются такие опции BIOS, как COM Port, Onboard Serial Port, Serial Port Address, и т.п.
Заключение
Последовательный порт ПК в настоящее время не является широко используемым средством для ввода-вывода информации. Тем не менее, поскольку существует большое количество оборудования, прежде всего, телекоммуникационного назначения, созданного для работы с последовательным портом, а также благодаря некоторым достоинствам протокола последовательной передачи данных RS-232, последовательный интерфейс пока еще не следует списывать со счетов, как абсолютно устаревший рудимент архитектуры персонального компьютера.
ЛЕКЦИЯ 7. ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ ПОРТЫ
МПС работает с внешними устройствами (ВУ), от ВУ она получает информацию и обработанную информацию передает на ВУ. В качестве ВУ может служить любой объект управления или источник информации (различные кнопки, датчики, микросхемы приемников, синтезаторов частот, дополнительной памяти, исполнительные механизмы, двигатели, реле и т.д.). Все ВУ подключаются к МП с помощью параллельных или последовательных портов.
Параллельные порты позволяют осуществить параллельный обмен информацией между МП и ВУ. С точки зрения ВУ порт представляет собой обычный источник или приемник информации со стандартными цифровыми логическими уровнями (обычно ТТЛ), а с точки зрения МП - это ячейка памяти, в которую можно записывать данные (из МП) или в которой появляется информация (от ВУ). Параллельные порты позволяют согласовывать низкую скорость работы ВУ и высокую скорость работы системной шины МП.
Порты ввода. В зависимости от направления передачи данных параллельные порты называются портами ввода, вывода или портами ввода – вывода (если они двунаправленные). На рисунке 7.1 приведена функциональная схема порта ввода.
В качестве порта ввода обычно используются схемы с третьим состоянием - шинным формирователем (ШФ). Из порта ввода возможно только чтение информации. Выход ШФ подключается к системной шине. Значение сигнала с внешнего вывода порта считывается по сигналу "RD".Чтобы попасть именно на заданное ВУ в составе порта ввода-вывода всегда присутствует дешифратор адреса.
Рис. 7.1. Функциональная схема порта ввода
Порт вывода. Функциональная схема порта вывода приведена на рисунке 7.2.
Рис. 7.2. Функциональная схема порта вывода
В качестве порта вывода может быть использован параллельный регистр. В порт вывода возможна только запись. Данные с внутренней шины микроконтроллера записываются в регистр по сигналу "WR". Выходы "Q" регистра могут быть использованы как источники логических уровней для управления ВУ.
Во многих МП и МК для портов выделяется отдельное адресное пространство и, соответственно, отдельные команды. Например, ……
Порты ввода-вывода. Параллельные порты могут быть двунаправленными. В МК, например, параллельные порты являются встроенными и двунаправленными. Типичная схема двунаправленного порта ввода/вывода (одной линии) МК приведена на рис. 7.3.
| |
Рис. 7.3. Типовая схема одного вывода двунаправленного порта
ввода - вывода МК.
Дешифратор адреса разрешает работу именно этого порта – разрешение на ввод или вывод. Схема содержит триггер данных и триггер управления. Триггер управления разрешает вывод данных на внешний вывод, если подан управляющий сигнал WR. В современных МК, как правило, обеспечивается индивидуальный доступ к триггерам данных и управления, что позволяет использовать каждую линию независимо в режиме ввода или вывода.
Необходимо обратить особое внимание на то, что при вводе данных считывается значение сигнала, поступающее на внешний вывод, а не содержимое триггера данных. Если к внешнему выводу МК подключены выходы других устройств, то они могут установить свой уровень выходного сигнала, который и будет считан вместо ожидаемого значения триггера данных.
Для МК в качестве параметра приводят число линий ввода -вывода. Линии ввода – вывода объединены в многоразрядные (чаще
8-разрядные) параллельные порты ввода/вывода. В памяти МК каждому порту ввода/вывода соответствует свой адрес регистра данных.
Обращение к регистру данных порта ввода/вывода в некоторых МК производится теми же командами, что и обращение к памяти данных. Во многих МК отдельные разряды портов могут быть опрошены или установлены командами битового процессора.
Каждый порт обычно имеет 3 регистра. Например, если имеем дело с портом В, имеется регистр данных порта (PORTB ), регистр направления порта (DDRB) и регистр PINB , с которого считываются сигналы на внешних контактах порта.
При выводе информация на канале фиксируется и сохраняется до ее смены в выходном регистре порта (до следующей команды OUT, адресованной к этому каналу). При вводе же информация не фиксируется.
Параллельный обмен является быстродействующим, однако характеризуется небольшим расстоянием передачи (1 – 2 метра).
Уровни сигналов и нагрузочная способность. Согласование между собой уровней сигналов портов и внешних микросхем не представляет трудностей, так как практически все современные МС по входу и выходу согласованы с TTЛ уровнями. Если же это не так, то для согласования нестандартных уровней с TTЛ уровнями выпускаются специальные МС.
Дело не только в уровнях сигналов согласуемых МС, но и нагрузочной способности. Необходимо знать нагрузочную способность портов и в случае необходимости «умощнять» выход. В качестве примера на рисунке 7.4. показано подключение светодиодного индикатора.
Рис. 7.4. Подключение одиночного светодиодного индикатора.
Транзистор в схеме служит для увеличения тока параллельного порта, при помощи которого МП зажигает и гасит светодиодный индикатор.
8.2. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ (ПОРТЫ).
Последовательная связь. В настоящее время наиболее распространенным способом обмена данными в МПС является последовательная. Последовательно связываются между собой микропроцессоры (микроконтроллеры); МП и ПЭВМ; МП и интеллектуальные датчики; МП и другие МС на плате.
Рис. 7.5. Последовательная связь между передатчиком и приемником
В случае последовательной связи байт данных передается по единственному проводу бит за битом (рис. 7.5). Очевидное преимущество последовательной передачи данных состоит в том, что она требует небольшого количества линий связи.
Последовательная связь может быть однонаправленная (симплексная), двунаправленная с разделением во времени (полудуплексная) и двунаправленная (дуплексная).
Существует 2 типа последовательной связи: асинхронная и синхронная. Если передача данных нерегулярная, то осуществляется асинхронный обмен. Если обмен осуществляется большими массивами, то используется синхронная передача. Кадр асинхронного обмена представлен на рис. 7.6.
Рис 7.6. Кадр асинхронной передачи
В этом режиме на линии поддерживается уровень «1» пока не передается информация. При начале передачи на линию поступает стартовый бит, равный «0», затем от 5 до 8 информационных бит, за ними может следовать (или не следовать) бит паритета. Передача символа завершается одним или двумя стоповыми битами, равными «1». После этого снова может передаваться стартовый бит и следующий символ, или же, при отсутствии информации, на линии устанавливается уровень «1». Каждый раз при передаче байта происходит ресинхронизация.
Асинхронный режим используется только в сравнительно медленно работающих устройствах, так как кроме полезной информации передаются служебные биты, что снижает скорость обмена информацией.
При синхронной передаче должен быть отдельный канал синхронизации. Выборка данных на входе приемника и изменение данных на выходе передатчика синхронизируется от одного и того же тактового сигнала (рисунок 7.7). Каждый информационный кадр стробируется синхросигналом. Скорость передачи в синхронном режиме выше из-за отсутствия служебных бит.
Скорость передачи по последовательному каналу измеряется в битах в секунду (в бодах) и может доходить до десятков Мбит/с.
Рис. 7.7. Синхронная передача данных
Контроллеры последовательной связи . Для преобразования параллельного цифрового кода в последовательный используются специальные схемы (контроллеры), построенные на базе сдвиговых регистров, тактируемых импульсными последовательностями определенной частоты. Каждым тактовым импульсом параллельный цифровой код сдвигается на одну позицию, которая поступает на линию связи. Таким образом, параллельный цифровой код превращается в последовательность импульсов стандартных уровней.
Кроме преобразования кодов контроллеры позволяют:
– изменять число информационных бит в кадре,
– изменять скорость передачи информации,
– контролировать ошибки и т.д.
В качестве примера можно привести контроллеры последовательной связи USART – универсальный синхронно-асинхронный приемо-передатчик. Он встраивается в МК (в МПС может быть выполнен в виде отдельной МС) и выполняет все необходимые процедуры преобразования кодов. Может работать в синхронном и асинхронном режимах. Обеспечивает дуплексный режим связи, детектирование стартовых посылок, ошибок четности и формата. Единица обмена - символ, буква, цифра, любой другой знак. Он кодируется последовательностью из 5-8 бит. Максимальная скорость обмена информацией в асинхронном режиме - 9,6 кбит/с, в синхронном - 56 кбит/с.
Последовательная связь с ПЭВМ. Частоинформация должна передаваться из МК в ПЭВМ, например, в системах сбора информации. Первым и наиболее удачным среди последовательных интерфейсов оказался RS-232 , до настоящего времени являющийся неотъемлемой частью любого РС - совместимого компьютера в виде СОМ - порта.
Интерфейс RS-232C разработан в 1969 году и до сих пор активно используется для синхронной и асинхронной последовательной связи при двухточечном соединении, в полудуплексном и дуплексном режимах обмена. При передаче используются уровни сигналов ±12 В. Скорость передачи данных составляет от 50 до 115 кбод на расстояние до 15 м.
Различными фирмами выпускается широкая номенклатура микросхем, предназначенных для преобразования ТТЛ/КМОП - уровней в уровни RS-232 и обратно. Большинство из них имеют встроенный преобразователь напряжения и работают от одного источника питания +5 В. Различные типы микросхем могут отличаться нагрузочной способностью, величиной емкостной нагрузки, типом корпуса.
RS-232 имеют низкую защищенность от синфазной помехи. Существенными преимуществами в этом плане обладают двухточечный интерфейс RS-422 и его магистральный аналог RS-485, в которых сигнал передается в дифференциальном виде. Но эти интерфейсы отсутствуют в стандартной комплектации компьютеров и микроконтроллеров. Поэтому применение RS-422 и RS-485 приводит к необходимости использования дополнительных устройств и программного драйвера.
В настоящее время последовательная связь с ПЭВМ может осуществляться через интерфейс USB с использованием соответствующих драйверов. В современных программаторах последовательный порт USB используется как для программирования, так и для питания.
Лекция 6 Последовательный и параллельный порты .
6.1 Параллельные интерфейсы
6.1.1. Интерфейс Centronics и LPT-порт
6.1.2 Интерфейс Centronics
6.1.3 Традиционный LPT-порт
6.1.4 Расширения параллельного порта
6.1.5 Стандарт IEEE 1284
6.1.6 Физический и электрический интерфейсы
6.1.7 Развитие стандарта IEEE 1284
6.1.8 Конфигурирование LPT-портов
6.2 Последовательные интерфейсы
6.2.1. Способы последовательной передачи
6.2.2 Интерфейс RS-232C
6.2.3 Электрический интерфейс
6.2.4 СОМ-порт
6.2.5 Использование СОМ-портов
6.2.6 Ресурсы и конфигурирование СОМ-портов
6 .1 Параллельные интерфейсы
Параллельные интерфейсы характеризуются тем, что в них для передачи бит в слове используются отдельные сигнальные линии, и биты передаются одновременно. Параллельные интерфейсы используют логические уровни ТТЛ (транзисторно-транзисторной логики), что ограничивает длину кабеля изза невысокой помехозащищенности ТТЛ-интерфейса. Гальваническая развязка отсутствует. Параллельные интерфейсы используют для подключения принтеров. Передача данных может быть как однонаправленной (Centronics), так и двунаправленной (Bitronics). Иногда параллельный интерфейс используют для связи между двумя компьютерами - получается сеть, "сделанная на коленке" (LapLink). Ниже будут рассмотрены протоколы интерфейсов Centronics, стандарт IEEE 1284, а также реализующие их порты PC.
6.1.1. Интерфейс Centronics и LPT-порт
Для подключения принтера по интерфейсу Centronics в PC был введен порт параллельного интерфейса - так возниклоназвание LPT-порт (Line PrinTer - построчный принтер).Хотя сейчас через этот порт подключаются не только построчные принтеры, название "LPT" осталось.
6.1.2 Интерфейс Centronics
Понятие Centronics
относится как к набору сигналов и протоколу взаимодействия, так и к 36-контактному разъему на ринтерах. Назначение сигналов приведено в табл. 1.1, а временные диаграммы обмена с принтером - на рис. 1.1. Интерфейс Centronics
поддерживается принтерами с парал-
лельным интерфейсом. Его отечественным аналогом явля-
ется интерфейс ИРПР-М.
Традиционный порт SPP
(Standard Parallel Port) является однонаправленным портом, через который программно реализуется протокол обмена Centronics.
Порт вырабатывает аппаратное прерывание по импульсу на входе Ack#. Сигналы порта выводятся на разъем DB-25S
(розетка), установленный непосредственно на плате адаптера (или системной плате) или соединяемый с ней плоским шлейфом.
6.1.3 Традиционный LPT-порт
Адаптер параллельного интерфейса представляет собой набор регистров, расположенных в пространстве ввода/вывода. Регистры порта адресуются относительно базового адреса порта, стандартными значениями которого являются 3BCh, 378h и 278h. Порт может использовать линию запроса аппаратного прерывания, обычно IRQ7
или IRQ5.
Порт имеет внешнюю
8-битную шину данных,
5-битную шину сигналов состояния
и 4-битную шину управляющих сигналов,
BIOS поддерживает до четырех (иногда до трех) LPT-портов (LPT1-LPT4) своим сервисом - прерыванием INT 17h,
обеспечивающим через них связь с принтером по интерфейсу Centronics.
Этим сервисом BIOS осуществляет вывод символа (по опросу готовности, не используя аппаратных прерываний), инициализацию интерфейса и принтера, а также опрос состояния принтера. Стандартный порт имеет три 8-битных регистра,
расположенных по соседним адресам в пространстве ввода/вывода,
начиная с базового адреса порта (BASE).
6.1.4 Расширения параллельного порта
Недостатки стандартного порта частично устраняли новые типы портов, появившиеся в компьютерах PS/2.
Двунаправленный порт 1 (Type 1 parallel port} -интерфейс, введенный в PS/2. Такой порт кроме стандартного режима может работать в режиме ввода или двунаправленном режиме. Протокол обмена формируется программно, а для указания направления передачи в регистр управления порта введен специальный бит CR.5:0 - буфер данных работает на вывод, 1 - на ввод. Не путайте этот порт, называемый также enhanced bi-directional, с ЕРР. Данный тип порта прижился и в обычных компьютерах.
Порт с прямым доступом к памяти (Type 3 DMA parallelport)
применялся в PS/2 моделей 57, 90, 95. Был введен для повышения пропускной способности и разгрузки процессора при выводе на принтер. Программе, работающей с портом, требовалось только задать в памяти блок данных, подлежащих выводу, а затем вывод по протоколу Centronics
произ-
водился без участия процессора. Позже появились другие адаптеры LPT-портов, реализующие протокол обмена Centronics
аппаратно - Fast Centronics.
Некоторые из них использовали FIFO-буфер данных Parallel Port FIFO Mode.
He будучи стандартизованными, такие порты разных производителей требовали использования собственных специальных драйверов. Программы, использующие прямое управление регистрами стандартных портов, не умели более эффективно их использовать. Такие порты часто входили в состав мультикарт VLB. Существуют их варианты с шиной ISA, в том числе встроенные.
6.1.5 Стандарт IEEE 1284
Стандарт на параллельный интерфейс IEEE 1284, принятый в 1994 году, определяет порты SPP, ЕРР и ЕСР. Стандарт определяет 5 режимов обмена данными, метод согласования режима, физический и электрический интерфейсы. Согласно IEEE 1284, возможны следующие режимы обмена данными через параллельный порт:
^ Режим совместимости (Compatibility Mode) - однонаправленный (вывод) по протоколу Centronics. Этот режим соответствует стандартному порту SPP.
^ Полубайтный режим (Nibble Mode) - ввод байта в два цикла (по 4 бита), используя для приема линии состояния. Этот режим обмена может использоваться на любых адаптерах.
^ Байтный режим (Byte Mode) - ввод байта целиком, используя для приема линии данных. Этот режим работает только на портах, допускающих чтение выходных данных (Bi-Directional или PS/2 Type 1).
т Режим ЕРР
(Enhanced Parallel Port) (EPP Mode) -
двунаправленный обмен данными. Управляющие сигналы интерфейса генерируются аппаратно во время цикла обращения к порту. Эффективен при работе с устройства-
ми внешней памяти и адаптерами локальных сетей.
^ Режим ЕСР
(Extended Capability Port) (ECP Mode) -
двунаправленный обмен данными с возможностью аппаратного сжатия данных по методу RLE
(Run Length Encoding) и использования FIFO-буферов и DMA. Управляющие
сигналы интерфейса генерируются аппаратно. Эффективен для принтеров и сканеров.
В компьютерах с LPT-портом на системной плате режим SPP, ЕРР, ЕСР или их комбинация - задается в BIOS Setup. Режим совместимости полностью соответствует стандартному порту SPP.
6.1.6 Физический и электрический интерфейсы
Стандарт IEEE 1284 определяет физические характеристики приемников и передатчиков сигналов. Спецификации стандартного порта не задавали типов выходных схем, предельных значений величин нагрузочных резисторов и
емкости, вносимой цепями и проводниками. На относительно невысоких скоростях обмена разброс этих параметров не вызывал проблем совместимости. Однако расширенные (функционально и по скорости передачи) режимы требуют четких спецификаций. IEEE 1284 определяет два
уровня интерфейсной совместимости. Первый уровень
(Level I) определен для устройств медленных, но использующих смену направления передачи данных. Второй уровень
(Level II) определен для устройств, работающих в
расширенных режимах, с высокими скоростями и длинными кабелями. К передатчикам
предъявляются следующие требования:
^ Уровни сигналов без нагрузки не должны выходить за пределы -0,5... +5,5 В.
^ Уровни сигналов при токе нагрузки 14 мА должны быть не ниже +2,4 В для высокого уровня (Уон) и не выше +0,4 В для низкого уровня (VoiJ на постоянном токе.
Традиционные интерфейсные кабели имеют от 18 до 25 проводов, в зависимости от числа проводников цепи GND. Эти проводники могут быть как перевитыми, так и нет. К экранированию кабеля жестких требований не предъявлялось. Такие кабели вряд ли будут надежно работать на скорости
передачи 2 Мбайт/с и при длине более 2 м. Стандарт IEEE 1284 регламентирует свойства кабелей.
Три различных разъема, определенных в стандарте IEEE 1284
6.1.7 Развитие стандарта IEEE 1284
Кроме основного стандарта IEEE 1284, который уже принят, в настоящее время в стадии проработки находятся новые стандарты, дополняющие его. К ним относятся:
^ IEEE Р 1284.1 "Standard for Information Technology for Transport Independent Printer/Scanner Interface (TIP/SI)". Этот стандарт разрабатывается для управления и обслуживания сканеров и принтеров на основе протокола NPAP (Network Printing Alliance Protocol).
n IEEE P 1284.2 "Standard for Test , Measurement and Conformance to IEEE Std . 1284" - стандарт для тестирования портов, кабелей и устройств на совместимость с IEEE 1284.
ai IEEE P12843 "Standaixl for Interface and Protocol Extensions to IEEE Std. 1284 Compliant Peripheral and Host Adapter Ports" - стандарт на драйверы и использование устройств прикладным программным обеспечением (ПО). Уже приняты спецификации BIOS для использования ЕРР драйверами DOS. Прорабатывается стандарт на разделяемое использование одного порта цепочкой устройств или группой устройств, подключаемых через мультиплексор.
^ IEEE P1284.4 "Standard for Data Delivery and Logical Channels for IEEE Std. 1284 Interfaces" направлен на реализацию пакетного протокола достоверной передачи данных через параллельный порт. Основой служит протокол MLC (Multiple Logical Channels) фирмы ewlett-Packard, однако совместимость с ним в окончательной версии стандарта не гарантируется.
6.1.8 Конфигурирование LPT-портов
Управление параллельным портом разделяется на два этапа
предварительное конфшурирование
(Setup) аппаратных средств порта и текущее
(оперативное) переключение
режимов работы прикладным или системным ПО. Оперативное переключение возможно только в пределах режимов, разрешенных при онфигурировании. Этим обеспечивается возможность согласования аппаратуры с ПО и блокирования ложных переключении, вызванных некорректными действиями программы. Конфигурирование LPT-порта зависит от его исполнения. Порт, расположенный на плате расширения (мультикарте), устанавливаемой в слот ISA или ISA+VLB, конфигурируется джемперами на самой плате. Порт на системной плате конфигурируется через BIOS Setup.
6.2 Последовательные интерфейсы
Последовательный интерфейс для передачи данных использует одну сигнальную линию, по которой информационные биты передаются друг за другом последовательно. Отсюда - название интерфейса и порта. Английские термины – Serial Interface
и Serial Port
(иногда их неправильно переводят как
"серийные"). Последовательная передача позволяет сократить количество сигнальных линий и увеличить дальность связи. Характерной особенностью является применение неТТЛ сигналов. В ряде последовательных интерфейсов применяется гальваническая развязка внешних (обычно вход-
ных) сигналов от схемной земли устройства, что позволяет соединять устройства, находящиеся под разными потенциалами. Ниже будут рассмотрены интерфейсы RS-232C, RS- 422А, RS-423A, RS-485, токовая петля, MIDI, а также СОМ-порт.
6.2.1. Способы последовательной передачи
Последовательная передача данных может осуществляться в
асинхронном или синхронном режимах. При асинхронной
передаче каждому байту предшествует старт-бит,
сигнализирующий приемнику о начале посылки, за которым следуют биты данных
и, возможно, бит паритета
(четности). Завершает посылку стоп-бит,
гарантирующий паузу межцу 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 рас-
согласование 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 строгими. 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. Для асинхронного режима принят ряд стандартных скоростей обмена: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19 200, 38 400, 57 600 и 115 200 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 (подробнее см. в приложении А). 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). Асинхронный обмен в PC реализуется с помощью СОМ-порта с использованием протокола RS-232C. Синхронный режим передачи предполагает постоянную активность канала связи. Посылка начинается с синхробайта, за которым сразу же следует поток информационных бит. Если у передатчика нет данных для передачи, он заполняет паузу непрерывной посылкой байтов синхронизации. Очевидно, что при передаче больших массивов данных накладные расходы на синхронизацию в данном режиме будут ниже, чем в асинхронном. Однако в синхронном режиме необходима внешняя синхронизация приемника с передатчиком, поскольку даже малое отклонение частот приведет к искажению принимаемых данных. Внешняя синхронизация возможна либо с помощью отдельной линии для передачи сигнала синхронизации, либо с использованием самосинхронизирующего кодирования данных, при котором на стороне приемника из принятого сигнала могут быть выделены импульсы синхронизации. В любом случае синхронный режим требует дорогих линий связи или оконечного оборудования. Для PC существуют специальные платы – адаптеры SDLC (дорогие), поддерживающие синхронный режим обмена. Они используются в основном для связи с большими машинами (mainframes) IBM и мало распространены. Из синхронных адаптеров в настоящее время применяются адаптеры нтерфейса V.35.
На физическом уровне последовательный интерфейс имеет различные реализации, различающиеся способом передачи электрических сигналов. Существует ряд родственных международных стандартов: RS-232C, RS-423A, RS-422A и RS-485.
 |
. Стандартный 25-контактный разъем последовательного порта
Несимметричные линии интерфейсов RS-232C
и RS-423A
имеют самую низкую защищенность от синфазной помехи,
хотя дифференциальный вход приемника RS-423A
несколько смягчает ситуацию. Лучшие параметры имеет двухточечный интерфейс RS-422A
и его магистральный (шинный) аналог RS-485,
работающие на симметричных линиях связи. В них для передачи каждого сигнала используются дифференциальные сигналы с отдельной (витой) парой проводов.
В перечисленных стандартах сигнал представляется потенциалом. Существуют последовательные интерфейсы, где информативен ток, протекающий по общей цепи передатчик-приемник - "токовая петля" и MIDI. Для связи на короткие расстояния приняты стандарты беспроводной инфракрасной связи. Наибольшее распространение в PC получил простейший из перечисленных - стандарт RS-232C, реализуемый СОМ-портами. В промышленной автоматике широко применяется RS-485, а также RS-422A, встречающийся и в некоторых принтерах. Существуют преобразователи сигналов для согласования этих родственных интерфейсов.
6.2.2 Интерфейс RS-232C
Интерфейс предназначен для подключения аппаратуры, передающей или принимающей данные {О ОД –
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. Стандарт описывает управляющие сигналы интерфейса, пересылку данных, электрический интерфейс и типы разъемов. В стандарте предусмотрены асинхронный и синхронный режимы обмена, но СОМ-порты поддерживают только асинхронный режим.
Функционально RS-232C
эквивалентен
стандарту МККТТ V.24/ V.28 и стыку С2, но они имеют различные названия сигналов.
6.2.3 Электрический интерфейс
Стандарт RS-232C
использует несимметричные передатчики и приемники - сигнал передается относительно общего провода - схемной земли (симметричные дифференциальные сигналы используются в других интерфейсах - например, RS-422).
Интерфейс НЕ ОБЕСПЕЧИВАЕТ ГАЛЬВАНИ- ЧЕСКОЙ РАЗВЯЗКИ
устройств. Логической единице
соответствует напряжение на входе приемника
в диапазоне -12...-3 В. Для линий управляющих сигналов это состояние называется ON( "включено"), для линий последовательных данных - MARK.
Логическому нулю соответствует диапазон +3...+12 В. Для линий управляющих сигналов состояние называется OFF ("выключено"), а для линий последовательных данных - SPACE.
Диапазон -3...+3 В - зона нечувствительности, обусловливающая гистерезис приемника: состояние линии будет считаться измененным только после пересечения порога (рис. 2.5). Уровни сигналов на выходах передатчиков должны быть в диапазонах -12...-5 В и +5...+12 В для представления единицы и нуля соответственно. Разность потенциалов между схемными землями (SG) соединяемых устройств должна быть менее 2 В, при более высокой разности потенциалов возможно неверное восприятие игналов. Интерфейс предполагает наличие ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ
для соединяемых устройств, если они оба питаются от сети переменного тока и имеют сетевые фильтры.
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 к выходным или входным (что опаснее) цепям интерфейса и вывести из строя микросхемы.
6.2.4 СОМ-порт
Последовательный интерфейс СОМ-порт
(Communication Port - коммуникационный порт) появился в первых моделях IBM PC. Он был реализован на микросхеме асинхронного приемопередатчика Intel 8250. Порт имел поддержку BIOS (/Л/Т 74/?), однако широко применялось (и применяется) взаимодействие с портом на уровне регистров. Поэтому во всех PC-совместимых компьютерах для последовательного интерфейса
применяют микросхемы приемопередатчиков, совместимые с i8250. В ряде отечественных PC-совместимых (почти) компьютеров для последовательного интерфейса применялась микросхема КР580ВВ51 - аналог 18251. Однако эта микросхема является универсальным синхронно-асинхронным приемопередатчиком (УСАПП или USART - Universal Asynchronous
Receiver-Transmitter). Совместимости с PC на уровне регистров СОМ-порта такие компьютеры не имеют. Хорошо, если у соответствующих компьютеров имеется "честный" драйвер B/OS /Л/Т 14h,
а не заглушка, возвращающая состояние модема "всегда готов" и ничего не делающая. Совместимость на уровне регистров СОМ-порта считается необходимой. Многие разработчики коммуникационных пакетов предлагают работу и через B/OS /Л/Т 14h,
однако на высоких скоростях это неэффективно. Говоря о СОМ-порте PC, по умолчанию будем подразумевать совместимость регистровой модели с i8250 и реализацию асинхронного интерфейса RS-232C.
6.2.5 Использование СОМ-портов
СОМ-порты чаще всего применяют для подключения
манипуляторов
(мышь, трекбол). В этом случае порт используется в режиме последовательного ввода; питание производится от интерфейса. Мышь с последовательным интерфейсом - Serial Mouse
-может подключаться к любому исправному порту. Для подключения внешних модемов
используется полный (9-проводный) кабель АПД-АКД,
схема которого приведена на рис. 2.7. Этот же кабель используется для согласования разъемов (по количеству контактов); возможно применение переходников 9-25, предназначенных для мышей. Для работы коммуникационного ПО обычно требуется использование прерываний, но здесь есть свобода выбора номера (адреса) порта и линии прерывания. Если предполагается работа на скоростях 9600 бит/с и выше, то СОМ-порт должен быть реализован на микросхеме UART 16550A или совместимой. Возможности работы с использованием FIFO-буферов и обмена по каналам DMA зависят от коммуникационного ПО. Для связи двух компьютеров,
удаленных друг от друга на небольшое расстояние, используют и непосредственное соединение их СОМ-портов нуль-модемным кабелем (рис. 2.8). Использование программ типа Norton Commander или Interink MS-DOS позволяет обмениваться файлами со ско-
ростью до 115,2 Кбит/с без применения аппаратных прерываний. Это же соединение может использоваться и сетевым пакетом Lantastic, предоставляющим более развитый сервис.
Подключение принтеров и плоттеров к СОМ-порту требует применения кабеля, соответствующего выбранному протоколу управления потоком: программному XON/XOFF или аппаратному RTS/CTS. Аппаратный протокол предпочтительнее. Прерывания при выводе средствами DOS (командами COPY или PRINT) не используются. СОМ-порт при наличии соответствующей программной поддержки позволяет превратить PC в терминал, эмулируя систему команд распространенных специализированных терминалов (VT-52, VT-100 и т. д.). Простейший терминал получается, если замкнуть друг на друга функции BIOS обслуживания СОМ-порта (INT 14h), телетайпного вывода (/Л/Т 10h) и клавиатурного ввода (INT 16h). Однако такой терминал будет работать лишь на малых скоростях обмена (если, конечно, его делать не на Pentium), поскольку функции BIOS хоть и универсальны, но не слишком быстры.
Интерфейс RS-232C
широко распространен в различных ПУ и терминалах. СОМ-порт может использоваться и как двунаправленный интерфейс, у которого имеется 3 программно управляемые выходные линии и 4 программно-читаемые входные линии с двуполярными сигналами. Их использование определяется разработчиком. Существует, например, схема однобитного широтно-импульсного преобразователя, позволяющего записывать звуковой сигнал на диск PC, используя входную линию СОМ-порта. Воспроизведение этой записи через обычный динамик PC позволяет передать речь. В настоящее время, когда звуковая карта стала почти
обязательным устройством PC, это не впечатляет, но когда-то такое решение было интересным.
СОМ-порт используют для беспроводных коммуникаций
с применением излучателей и приемников инфракрасного диапазона - IR (Infra Red) Connection.
Этот интерфейс позволяет осуществлять связь между парой устройств, удаленных на расстояние, достигающее нескольких метров. Различают инфракрасные системы низкой (до 115,2 Кбит/с), средней (1,152 Мбит/с) и высокой (4 Мбит/с) скорости. Низкоскоростные системы служат для обмена короткими сообщениями, высокоскоростные - для обмена файлами между компьютерами, подключения к компьютерной сети,
вывода на принтер, проекционный аппарат и т. п. Ожидаются более высокие скорости обмена, которые позволят передавать "живое видео". В 1993 году создана ассоциация разработчиков систем инфракрасной передачи данных IrDA
(Infrared Data Association), призванная обеспечить совместимость оборудования от различных производителей Инфракрасные излучатели не создают помех в радиочастотном диапазоне и обеспечивают конфиденциальность передачи. ИК-лучи не проходят через стены, поэтому зона приема ограничивается небольшим легко контролируемым пространством. Инфракрасная технология привлекательна
для связи портативных компьютеров со стационарными компьютерами или станциями. Инфракрасный интерфейс имеют некоторые модели принтеров.
6.2.6 Ресурсы и конфигурирование СОМ-портов
Компьютер может иметь до четырех последовательных портов СОМ 1-COM4 (для машин класса AT типично наличие двух портов). СОМ-порты имеют внешние разъемы-вилки DB25P или DB9P, выведенные на заднюю панель компьютера. СОМ-порты реализуются на микросхемах UART, совместимых с семейством 18250. Они занимают в пространстве ввода/вывода по 8 смежных 8-битных регистров и могут располагаться по стандартным базовым адресам. Порты вырабатывают аппаратные прерывания. Возможность разделяемого использования одной линии запроса несколькими портами (или ее разделения с другими устройствами) зависит от реализации аппаратного подключения и ПО. При использовании портов, установленных на шину ISA, разделяемые прерывания обычно не работают. Управление последовательным портом разделяется на два этапа - предварительное конфигурирование (Setup) аппаратных средств порта и текущее (оперативное) переключение режимов работы прикладным или системным ПО. Конфигурирование СОМ-порта зависит от его исполнения. Порт на плате расширения конфигурируется джамперами на самой плате. Порт на системной плате конфигурируется через BIOS Setup.
Контрольные вопросы
Контрольные вопросы
1Опишите назначение параллельных и последовательных интерфейсов.
2К чему относится понятие « Интерфейс Centronics »?
3Опишите «Традиционный LPT-порт».
4Опишите двунаправленный порт 1.
5Опишите порт с прямым доступом к памяти.
6Опишите особенности стандарта IEEE 1284.
7Какие уровни интерфейсной совместимости определяет IEEE 1284?
8Перечислите новые стандарты IEEE 1284.
9Опишите способы последовательной передачи сигналов.
10Опишите реализацию последовательного интерфейса на физическом уровне.
11Опишите назначение интерфейса RS-232C.
12Опишите особенности электрическогоинтерфейса RS-232C.
13Для чего используют СОМ-порты.
14Опишите использование СОМ-порта для беспроводных коммуникаций.
15Опишите конфигурирование СОМ-портов.
Конец формы
