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

33379. Классификация СУ по виду движения исполнительных механизмов 27.5 KB
  По виду движения исполнительных механизмов станка определяемого геометрической информацией в программе УЧПУ подразделяются на устройства позиционного контурного комбинированного управления. Позиционное устройство ЧПУ это устройство обеспечивающее установку рабочего органа станка в позицию заданную программой управления станком чаще всего без обработки в процессе перемещения рабочего органа станка. Эти устройства применяются для управления станками сверлильно расточной группы. Контурное устройство ЧПУ представляет собой устройство...
33380. Принципы построения микропроцессорных СУ. Структура однопроцессорной СУ с одной магистралью 34.5 KB
  Схема микропроцессорной управляющей системы Расширители стандартных арифметических функций МП УЧПУ необходимы для повышения производительности МПС при выполнении операций входящих в базовый набор арифметических функций. Структуры однопроцессорных МПСУс одной магистралью Уже в однопроцессорных УЧПУ в полной мере определились основные принципы организации МПС УЧПУ обеспечивающие возможность расширения системы при сохранении функциональной гибкости и обеспечении надежности функционирования при малом времени восстановления в случае отказа. К их...
33381. Структура однопроцессорной СУ с двумя магистралями 35 KB
  Схема микропроцессорной управляющей системы Расширители стандартных арифметических функций МП УЧПУ необходимы для повышения производительности МПС при выполнении операций входящих в базовый набор арифметических функций. Примером реализации данной структуры являются УЧПУ 2С42 Маяк600. Уже в однопроцессорных УЧПУ в полной мере определились основные принципы организации МПС УЧПУ обеспечивающие возможность расширения системы при сохранении функциональной гибкости и обеспечении надежности функционирования при малом времени восстановления в...
33382. Структура многопроцессорной СУ с параллельным обменом информации между процессорами 29 KB
  Верхний уровень управления системная магистраль. Нижний уровень управления локальные магистрали ВЧС1 ВЧС n. В качестве примера реализации данной структуры можно назвать СУ промышленных роботов: РБ242Б двухпроцессорная двухуровневая система управления с БОП Сфера 36 семипроцессорная двухуровневая система управления с модулем связи.
33383. Структура многопроцессорной СУ с последовательным обменом информации между процессорами 29.5 KB
  2 б в отличие от первой МП ВЧС имеют равные возможности обмена данными. Обмен осуществляется через адаптеры связи АС1АС3 подключенные к локальным магистралям соответствующих вычислителей и имеющих выходы на два последовательных канала обмена. Достоинством данной структуры является конструктивная автономность локальных ВЧС вычислитель возможность их встраивания в аппаратуру расположенную в различных местах общей системы управления при минимальном числе линий обмена и хорошей а в перспективе при использовании оптических каналов обмена ...
33384. Структура с ее перекрестными связями 29.5 KB
  Коммутация может осуществляться в каждом коммутирующем узле КУ матричной системы обеспечивая физическое подсоединение любого модуля памяти МП к любому процессору ПРЦ. Выход из строя части коммутатора не приводит к отказу системы так как функции процессоров коммутируемых этой частью могут быть распределены между другими процессорами системы. Данные системы используются там где необходимо получить максимальную производительность при вычислениях либо управлении.
33385. Структура с многошинными связями 29 KB
  ММПС с многошинными связями В ММПС с многошинными связями каждый процессорный модуль имеет доступ к любому модулю памяти при помощи собственных шин. Пропускная способность схем с многошинными связями ниже чем с матричным коммутатором но у них меньше и аппаратные затраты.
33386. Структура с общей шиной и общими модулями памяти 30 KB
  ММПС с общей шиной отличаются наибольшей простотой организации связей и наименьшими аппаратными затратами. Основными недостатками таких систем являются ограниченная пропускная способность общей шины и невысокая надежность так как выход из строя общей шины приводит к отказу всей системы. Структуры с общей шиной ШД в настоящее время получили наибольшее распространение.
33387. Структура с общей шиной и раздельной памятью 31.5 KB
  ОШ служит только для межпроцессорного обмена в процессе взаимодействия программных модулей выполняемых на разных ПРЦ. ММПС с объединёнными локальной и общей памятью процессоров Физически отдельная ОМП общая память может располагаться как на шинах ПРЦ так и на ОШ рис. Наибольшим быстродействием обладают структуры в которых общая память физически отделена и расположена на шинах ПРЦ так как в этих случаях отсутствуют конфликты при одновременных обращениях одного из ПРЦ в область локальной памяти и других ПРЦ в область общей памяти....