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

28 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

19102. Реализация алгоритмов цифровой фильтрации 281 KB
  Лекция № 14. Реализация алгоритмов цифровой фильтрации. Графическим представлением алгоритмов цифровой фильтрации являются структурные схемы. Структурную схему дискретной системы можно составить либо по разностному уравнению либо с помощью системной передаточн...
19103. Проектирование (синтез) линейных цифровых фильтров 144 KB
  Лекция № 15. Проектирование синтез линейных цифровых фильтров. Под проектированием синтезом цифрового фильтра понимают выбор таких коэффициентов системной передаточной функции при которых характеристики получающегося фильтра удовлетворяют заданным требовани...
19104. Проектирование фильтров с импульсной характеристикой бесконечной длины 174 KB
  Лекция № 16. Проектирование фильтров с импульсной характеристикой бесконечной длины. Фильтры с бесконечной импульсной характеристикой БИХфильтры коренным образом отличаются от КИХфильтров изза наличия обратной связи. Во первых они требуют проверки на устойчив
19105. Основные определения информационной теории измерений 115 KB
  Лекция №1. Введение. Основные определения информационной теории измерений. Цели и задачи курса: данный курс предназначен для освоения базовых понятий теории измерений и базовых принципов построения средств измерения физических величин. Курс знакомит с общими вопр...
19106. Структуры измерительных систем и их характеристики 225 KB
  Лекция № 2. Структуры измерительных систем и их характеристики. Для описания измерительных систем применяются структурные схемы состоящие из функциональных элементов функциональных блоков ФБ измерительных преобразователей ИП связанных между собой входными и вых
19107. Математические модели сигналов 288.5 KB
  Лекция № 3. Математические модели сигналов. Сигнал процесс изменения во времени физического состояния какогото объекта служащий для отображения регистрации и передачи сообщений. Сигналы электрические акустические оптические и т.д. Классификация сигналов. Сиг...
19108. Спектральные характеристики непериодических сигналов 191.5 KB
  Лекция № 4. Спектральные характеристики непериодических сигналов. Теория спектрального представления непериодических импульсных сигналов основанная на прямом и обратном интегральных преобразованиях Фурье позволяет осуществлять анализ прохождения сигналов чер
19109. Спектральный анализ непериодических сигналов 246 KB
  Лекция № 5. Спектральный анализ непериодических сигналов Для практических приложений является важным установление связи между преобразованием сигнала и соответствующим этому преобразованию изменением спектральных характеристик. Спектральная плотность сигнала...
19110. Физические измерительные системы и их математические модели 243.5 KB
  Лекция № 6. Физические измерительные системы и их математические модели Динамические измерительные системы в которых связи между измеряемыми величинами входными сигналами и выходными сигналами описываются дифференциальными уравнениями разнообразны по принци