42443

Последовательный интерфейс: RS-232C

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Предварительные сведения Последовательный интерфейс: RS232C Последовательный интерфейс для передачи данных использует одну сигнальную линию по которой информационные биты передаются друг за другом последовательно. При асинхронной передаче каждому байту предшествует стартбит сигнализирующий приемнику о начале посылки за которым следуют биты данных и возможно бит паритета четности. Завершает посылку стопбит гарантирующий паузу между посылками рис. Стартбит следующего байта посылается в любой момент после стопбита...

Русский

2013-10-29

686.5 KB

26 чел.

Лабораторная работа №3

      1 Цель работы: ознакомление с устройством последовательного интерфейса RS-232C,  изучение физики его работы, разработка принципиальной схемы выполняющей функции интерфейса RS-232C и моделирование ее работы с помощью программы Electronics Workbench фирмы Interactive Image Technologies Ltd.

2 Предварительные сведения

Последовательный интерфейс: RS-232C 

Последовательный интерфейс для передачи данных использует  одну сигнальную линию, по которой информационные  биты передаются друг за другом последовательно. В ряде последовательных интерфейсов применяется гальваническая развязка внешних сигналов от схемной земли устройства, что позволяет   соединять устройства, находящиеся под разными потенциалами.

 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 между посылками (рис. 1). Старт-бит следующего байта посылается в   любой момент после стоп-бита, то есть между передачами возможны паузы произвольной длительности. Старт-бит, имеющий всегда строго определенное значение (логический 0), обеспечивает простой механизм синхронизации приемника по  сигналу от передатчика. Подразумевается, что приемник и   передатчик работают на одной скорости обмена. Внутренний  генератор синхронизации приемника использует счетчик-делитель опорной частоты, обнуляемый в момент приема начала старт-бита. Этот счетчик генерирует внутренние стробы,   по которым приемник фиксирует последующие принимаемые  биты. В идеале стробы располагаются в середине битовых   интервалов, что позволяет принимать данные и при незначительном рассогласовании скоростей приемника и передатчика. Очевидно, что при передаче 8 бит данных, одного  контрольного и одного стоп-бита предельно допустимое рассогласование скоростей, при котором данные будут распознаны верно, не может превышать 5%. С учетом фазовых искажений и дискретности работы внутреннего счетчика   синхронизации реально допустимо меньшее отклонение частот. Чем меньше коэффициент деления опорной частоты внутреннего генератора (чем выше частота передачи), тем больше  погрешность привязки стробов к середине битового интервала, и требования к согласованности частот становятся более  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.

Рис.1. Формат асинхронной передачи

Формат   асинхронной посылки позволяет выявлять возможные ошибки передачи : 

  •  если принят перепад, сигнализирующий о начале посылки, а по стробу старт-бита зафиксирован уровень логической единицы, старт-бит считается ложным и приемник снова переходит в состояние ожидания. Об этой  ошибке приемник может и не сообщать.
  •  если во время, отведенное под стоп-бит, обнаружен уровень логического нуля, фиксируется ошибка стоп-бита.
  •  если применяется контроль четности, то после посылки  бит данных передается контрольный бит. Этот бит дополняет количество единичных бит данных до четного  или нечетного в зависимости от принятого соглашения.  Прием байта с неверным значением контрольного бита  приводит к фиксации ошибки.

Контроль формата позволяет обнаруживать обрыв линии: при этом принимается логический нуль, который сначала  трактуется как старт-бит, и нулевые биты данных, потом  срабатывает контроль стоп-бита.

Для асинхронного режима принят ряд стандартных скоростей обмена: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600 и 115200 бит/с. 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).

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.

На физическом уровне последовательный интерфейс имеет  различные реализации, различающиеся способом передачи   электрических сигналов. В большинстве стандартов сигнал представляется потенциалом. Существуют последовательные интерфейсы, где  информативен ток, протекающий по общей цепи передатчик-приемник - "токовая петля". Для связи на короткие расстояния приняты стандарты беспроводной инфракрасной связи. Наибольшее распространение в PC получил простейший  последовательный интерфейс - стандарт RS-232C, реализуемый СОМ -портами. В промышленной автоматике  широко применяется RS-485.

Интерфейс RS-232C  предназначен для подключения аппаратуры,  передающей или принимающей данные  от  оконечного  оборудования данных (ООД, DTE - Data Terminal Equipment), к оконечной аппаратуре каналов данных (АКД, DCE - Data CommunicationEquipment). В роли АПД может выступать компьютер, принтер, плоттер и другое периферийное оборудование. В роли   АКД обычно выступает модем. Конечной целью подключения является соединение двух устройств АПД. Полная схема соединения приведена на рис. 2. Интерфейс позволяет  исключить канал удаленной связи вместе с парой устройств  АПД, соединив устройства непосредственно с помощью нуль-модемного кабеля (рис. 3).

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..

Рис. 2. Полная  схема соединения по RS-232C

Рис. 3. Соединение по RS-232C нуль-модемным кабелем

Стандарт RS-232C использует несимметричные передатчики и приемники - сигнал передается относительно общего  провода - схемной земли. Интерфейс НЕ ОБЕСПЕЧИВАЕТ ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ РАЗВЯЗКИ  устройств.  Логической единице   соответствует напряжение  на  входе  приемника  в  диапазоне -12...-3 В. Логическому нулю соответствует диапазон +3...+12В. Диапазон -3...+3В - зона нечувствительности, обусловливающая гистерезис приемника: состояние линии будет считаться измененным только после  пересечения порога (рис. 4). Уровни сигналов на выходах  передатчиков должны быть в диапазонах -12...-5 В  и  +5...+12 В для представления единицы и нуля соответственно.

Рис. 4. Прием сигналов RS-232C

Стандарт RS-232C регламентирует типы применяемых разъемов. На аппаратуре АПД (в том числе на СОМ -портах)  принято  устанавливать вилки (male) DB-25P или более компактный вариант - DB-9P. Девятиштырьковые разъемы не  имеют контактов для дополнительных сигналов, необходимых для синхронного режима  (в большинстве 25-штырьковых  разъемов эти контакты не используются). На аппаратуре АКД (модемах)  устанавливают  розетки (female)  DB-25S  или  DB-9S. 

Если аппаратура АПД соединяется без модемов, то разъемы  устройств (вилки) соединяются между собой нуль-модемным  кабелем,  имеющим на обоих концах розетки, контакты которых соединяются перекрестно.

.

3 Экспериментальная часть

3.1  Выяснить принципы работы интерфейса RS-232C.

3.2 Разработать принципиальную схему выполняющую функции интерфейса RS-232C, на основе универсального 8-разрядного регистра, управление сдвигом с помощью генератора, в качестве шинного формирователя использовать К561 ЛН2.  С помощью программы Electronics Workbench смоделировать работу разработанной схемы.

3.3   Полученные результаты оформить в виде отчета.

4 Содержание отчета

4.1   Краткое описание исследуемого интерфейса.

4.2   Принципиальная схема, выполняющая функции интерфейса RS-232C, смоделированная с помощью Electronics Workbench.

4.3   Выводы.

5  Контрольные вопросы

5.1   Области применения интерфейса RS-232C.

5.2   Физика работы RS-232C.

5.3   Режимы работы интерфейса RS-232C.

5.3   Ограничения в использовании интерфейса RS-232C.

PAGE  3


EMBED PBrush  

EMBED PBrush  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37936. Исследование затухающих колебаний в колебательном контуре 223.5 KB
  14 Лабораторная работа № 48 Исследование затухающих колебаний в колебательном контуре 1. Получим уравнение колебаний в контуре без активного сопротивления рисунок 2.3 получаем дифференциальное уравнение свободных колебаний в контуре без активного сопротивления 2.5 где φ – начальная фаза колебаний.
37937. Изучение вынужденных колебаний в электрическом контуре 438.5 KB
  В теоретической части методических указаний изложены условия возникновения вынужденных колебаний в электрическом контуре выведено дифференциальное уравнение этого вида колебаний рассмотрены явления резонансных тока и напряжения. Для осуществления вынужденных колебаний в контур включают источник тока обладающий периодически изменяющейся ЭДС рис. в каждый момент времени сила тока во всех сечениях цепи одинакова. Перейдя от тока I к заряду q и введя обозначения: ω02=1 LС ...
37938. ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОНННО – ЛУЧЕВОГО ОСЦИЛЛОГРАФА 206.5 KB
  4 Устройство и принцип работы осциллографа.11 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 50 ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОНННО – ЛУЧЕВОГО ОСЦИЛЛОГРАФА Цель работы Изучение устройства электронно – лучевого осциллографа и знакомство с некоторыми видами наблюдений и измерений которые можно проводить с его помощью. Устройство и принцип работы осциллографа Осциллографы бывают различного типа и назначения. Например с помощью осциллографа можно найти силу тока и напряжение изучать зависимость силы тока и напряжения от времени измерять сдвиг фаз между ними сравнивать...
37939. Изучение свойств ферромагнетиков и явления магнитного гистерезиса для железа 202.5 KB
  Изучение магнитных свойств вещества. Расчет и построение кривой намагничивания, снятие петли гистерезиса и определение тепловых потерь на перемагничивание ферромагнетиков. Вычисление коэрцитивной силы и остаточной намагниченности изучаемого образца железа.
37940. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ФИЗИЧЕСКОГО И МАТЕМАТИЧЕСКОГО МАЯТНИКОВ 166.5 KB
  Определение ускорения свободного падения с помощью математического маятника. Определение ускорения свободного падения с помощью оборотного маятника.Определение ускорения свободного падения с помощью математического маятника.Определение ускорения свободного падения с помощью оборотного маятника.
37941. ИЗУЧЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ ПРУЖИННОГО МАЯТНИКА 168.5 KB
  11 Изучение свободных незатухающих колебаний пружинного маятника.11 Изучение затухающих колебаний пружинного маятника12 5. Изучение вынужденных колебаний пружинного маятника.14 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10 ИЗУЧЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ ПРУЖИННОГО МАЯТНИКА Цель работы Изучение свободных незатухающих свободных затухающих и вынужденных колебаний пружинного маятника.
37942. Изучение собственных колебаний струны 137 KB
  Колебания струны5 3.10 Лабораторная работа № 11 а Изучение собственных колебаний струны 1. Цель работы Изучение собственных колебаний струны. Колебания струны В закрепленной с обоих концов натянутой струне при возбуждении поперечных колебаний устанавливаются стоячие волны причем в местах закрепления струны должны располагаться узлы.
37943. Определение ускорения силы тяжести при свободном падении тела 374 KB
  Центростремительное ускорение соответствующее движению Земли по орбите годичное вращение гораздо меньше чем центростремительное ускорение связанное с суточным вращением Земли. Поэтому с достаточной точностью можно считать что система отсчета связанная с Землей вращается относительно инерциальных систем с постоянной угловой скоростью суточного t = 86400 с вращения Земли . Если не учитывать вращение Земли то тело лежащее на ее поверхности следует рассматривать как покоящееся сумма действующих на это тело сил равнялось бы тогда...
37944. Изучение закона сохранения энергии с помощью маятника Максвелла 188 KB
  12 Лабораторная работа № 13 Изучение закона сохранения энергии с помощью маятника Максвелла 1. Цель работы Изучение закона сохранения энергии на примере движения маятника Максвелла. Диск маятника представляет собой непосредственно сам диск и сменные кольца которые закрепляются на диске. При освобождении маятника диск начинает движение: поступательное вниз и вращательное вокруг своей оси симметрии.