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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Adaptador serial assíncrono para porta COM. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / informática Conceitos e termos básicos Quase todo computador é equipado com pelo menos um adaptador serial assíncrono. Geralmente é uma placa separada ou localizada diretamente na placa-mãe do computador. Também é chamado de adaptador RS-232-C assíncrono ou porta RS-232-C. Cada adaptador assíncrono geralmente contém várias portas RS-232-C através das quais dispositivos externos podem ser conectados ao computador. Cada uma dessas portas possui vários registradores por meio dos quais o programa a acessa e uma linha IRQ específica para sinalizar ao computador sobre uma alteração no estado da porta. Durante o procedimento de inicialização do BIOS, cada porta RS-232-C recebe o nome lógico COM1 - COM4 (porta COM número 1 - 4). A interface RS-232-C foi desenvolvida pela Electronic Industries Association (EIA) como um padrão para conectar computadores e vários periféricos seriais. O IBM PC não suporta totalmente a interface RS-232-C; em vez disso, o conector marcado no gabinete do computador como uma porta de dados serial contém alguns dos sinais incluídos na interface RS-232-C e possui níveis de tensão correspondentes a este padrão. Atualmente, a porta de comunicação serial é amplamente utilizada. Aqui está uma lista longe de ser completa de aplicativos:
Conceitos e termos básicos A transmissão serial de dados significa que os dados são transmitidos em uma única linha. Nesse caso, os bits do byte de dados são transmitidos por vez usando um fio. Para sincronização, um grupo de bits de dados geralmente é precedido por um bit de início especial, seguido por um grupo de bits, seguido por um bit de paridade e um ou dois bits de parada. Às vezes, um bit de paridade pode estar faltando. Isso é ilustrado pela figura a seguir:
Pode ser visto na figura que o estado inicial da linha de dados seriais é o nível lógico 1. Esse estado da linha é chamado marcado - MARK. Quando a transmissão de dados começa, o nível da linha vai para 0. Este estado da linha é chamado de vazio - ESPAÇO. Se a linha estiver neste estado por mais de um certo tempo, considera-se que a linha mudou para o estado BREAK. O bit de início START sinaliza o início da transferência de dados. Em seguida, os bits de dados são transmitidos, primeiro os mais baixos, depois os mais altos. Se o bit de paridade P for usado, ele também será transmitido. O bit de paridade é definido de forma que o número total de XNUMXs (ou XNUMXs) no pacote de bits seja par ou ímpar, dependendo da configuração dos registradores da porta. Este bit é utilizado para detectar erros que podem ocorrer durante a transmissão de dados devido a interferências na linha. O dispositivo receptor recalcula a paridade dos dados e compara o resultado com o bit de paridade recebido. Se a paridade não corresponder, considera-se que os dados foram transmitidos com erro. Obviamente, esse algoritmo não oferece XNUMX% de garantia de detecção de erros. Portanto, se um número par de bits for alterado durante a transmissão de dados, a paridade será preservada e o erro não será detectado. Portanto, métodos de detecção de erros mais complexos são usados na prática. No final, um ou dois stop bits STOP são transmitidos, completando a transmissão do byte. Então, antes da chegada do próximo bit de início, a linha muda novamente para o estado MARK. O uso do bit de paridade, os bits de início e parada determinam o formato de transmissão de dados. Obviamente, o transmissor e o receptor devem usar o mesmo formato de dados, caso contrário a troca não será possível. Outra característica importante é a taxa de transferência de dados. Também deve ser o mesmo para transmissor e receptor. A taxa de transferência de dados é geralmente medida em baud (pelo nome do inventor francês da máquina de telégrafo Emile Baudot - E. Baudot). Bauds determinam o número de bits transmitidos por segundo. Os bits de início/parada, bem como o bit de paridade, também são levados em consideração. Às vezes, outro termo é usado - bits por segundo (bps). Aqui queremos dizer a taxa efetiva de transferência de dados, excluindo bits de sobrecarga. Implementação de hardware Seu computador pode ter uma ou duas portas seriais. Essas portas estão localizadas na placa-mãe ou em uma placa separada que se conecta aos slots de expansão da placa-mãe. Existem também placas contendo quatro ou oito portas seriais. Eles são frequentemente usados para conectar vários computadores ou terminais a um único computador central. Essas placas são chamadas de "ultiport". A porta serial de dados é baseada no chip Intel 8250 ou em seus equivalentes modernos - Intel 16450, 16550, 16550A. Este chip é um transceptor assíncrono universal (UART - Universal Asynchronous Receiver Transmitter). O microcircuito contém vários registradores internos acessíveis via comandos de E/S. O chip 8250 contém os registradores de dados de transmissão e recepção. Quando um byte é transmitido, ele é escrito no registrador de buffer do transmissor, de onde é reescrito no registrador de deslocamento do transmissor. Um byte é movido para fora do registrador de deslocamento bit a bit.Da mesma forma, existem registradores de deslocamento e de buffer do receptor. O programa tem acesso apenas aos registradores de buffer, copiando as informações para os registradores de deslocamento e o processo de deslocamento é realizado automaticamente pelo chip UART. Os registradores que controlam a porta serial assíncrona serão descritos no próximo capítulo. A porta serial assíncrona é conectada a dispositivos externos através de um conector especial. Existem dois padrões para conectores de interface RS-232-C, eles são DB25 e DB9. O primeiro conector tem 25 pinos e o segundo tem 9 pinos. Aqui está a pinagem do conector serial DB25:
Juntamente com o conector de 25 pinos, um conector de 9 pinos é frequentemente usado:
Apenas dois pinos desses conectores são usados para transmitir e receber dados. O restante transmite vários sinais auxiliares e de controle. Na prática, um número diferente de sinais pode ser necessário para conectar um determinado dispositivo. A interface RS-232-C define a troca entre dois tipos de dispositivos: DTE (Data Terminal Equipment - dispositivo terminal) e DCE (Data Communication Equipment - dispositivo de comunicação). Na maioria dos casos, mas nem sempre, o computador é um dispositivo terminal. Modems, impressoras, plotters são sempre dispositivos de comunicação. Vamos agora considerar os sinais da interface RS-232-C com mais detalhes. Sinais de Interface RS-232-C Aqui vamos considerar a interação entre um computador e um modem, bem como dois computadores conectados diretamente um ao outro. Primeiro, vamos ver como o computador se conecta ao modem. As entradas TD e RD são usadas de forma diferente pelos dispositivos DTE e DCE. O dispositivo DTE usa a entrada TD para transmitir dados e a entrada RD para receber dados. Por outro lado, um dispositivo DCE usa a entrada TD para receber e a entrada RD para transmitir dados. Portanto, para conectar o dispositivo terminal e o dispositivo de comunicação, os pinos de seus conectores devem ser conectados diretamente:
As linhas restantes ao conectar um computador e um modem também devem ser conectadas da seguinte forma:
Considere o processo de handshake entre um computador e um modem. No início de uma sessão de comunicação, o computador deve certificar-se de que o modem pode fazer uma chamada (está funcionando). Então, após chamar o assinante, o modem deve informar ao computador que fez uma conexão com o sistema remoto. Mais detalhadamente, isso acontece da seguinte forma. O computador sinaliza na linha DTR para indicar ao modem que está pronto para conduzir uma sessão de comunicação. Em resposta, o modem envia um sinal na linha DSR. Quando o modem estabelece uma conexão com outro modem remoto, ele envia um sinal na linha DCD para informar ao computador. Se a tensão na linha DTR cair, isso informa ao modem que o computador não pode mais continuar a sessão, por exemplo, porque a energia do computador está desligada. Nesse caso, o modem encerrará a conexão. Se a tensão na linha DCD cair, isso informa ao computador que o modem perdeu a conexão e não pode mais continuar a conexão. Em ambos os casos, esses sinais respondem à presença de comunicação entre o modem e o computador. Agora examinamos o nível mais baixo de controle de comunicação, o aperto de mão. Existe um nível mais alto que é usado para controlar a taxa de transmissão, mas também é implementado no hardware. Na prática, o controle da taxa de dados (controle de fluxo) é necessário se grandes quantidades de dados estiverem sendo transferidas em alta velocidade. Quando um sistema tenta transmitir dados a uma taxa mais rápida do que pode ser processada pelo sistema receptor, o resultado pode ser a perda de alguns dos dados que estão sendo transmitidos. Para evitar a transmissão de mais dados do que pode ser processado, é utilizado um controle de comunicação denominado flow control "(flow-controll handshake). O padrão RS-232-C define a possibilidade de controle de fluxo apenas para uma conexão half-duplex. Half -duplex é uma conexão na qual os dados só podem ser transmitidos em uma direção por vez, mas na verdade esse mecanismo também é usado para conexões duplex, quando os dados são transmitidos ao longo da linha de comunicação simultaneamente em duas direções. Controle de fluxo Em conexões half-duplex, o dispositivo DTE envia um sinal RTS quando deseja enviar dados. O DCE sinaliza a linha CTS quando está pronto e o DTE inicia a transferência de dados. Até que RTS e CTS estejam ativos, apenas o DCE pode transmitir dados. Para conexões full-duplex, os sinais RTS/CTS têm o significado oposto ao que tinham para conexões half-duplex. Quando o DTE é capaz de receber dados, ele sinaliza na linha RTS. Se o DCE também estiver pronto para receber dados, ele retorna o sinal CTS. Se a tensão nas linhas RTS ou CTS cair, isso informa ao sistema transmissor que o sistema receptor não está pronto para receber dados. Abaixo damos um trecho do diálogo entre o computador e o modem que ocorre durante a troca de dados.
Claro, tudo isso soa bem. Na prática, nem tudo é tão simples. Não é difícil conectar um computador e um modem, pois a interface RS-232-C foi projetada apenas para isso. Mas se você quiser conectar dois computadores usando o mesmo cabo usado para conectar o modem e o computador, terá problemas. Para conectar dois dispositivos terminais - dois computadores - é necessária pelo menos uma conexão cruzada das linhas TR e RD:
No entanto, na maioria dos casos, isso não é suficiente, pois para dispositivos DTE e DCE, as funções executadas pelas linhas DSR, DTR, DCD, CTS e RTS são assimétricas. O dispositivo DTE envia o sinal DTR e espera receber os sinais DSR e DCD. Por sua vez, o dispositivo DCE envia DSR, DCD e espera pelo DTR. Assim, se você conectar dois dispositivos DTE juntos com o cabo que você usou para conectar os dispositivos DTE e DCE, eles não conseguirão negociar entre si. O processo de handshaking não será executado. Agora vamos passar para os sinais RTS e CTS, controle de fluxo. Às vezes, para conectar dois dispositivos DTE, essas linhas são conectadas juntas em cada extremidade do cabo. Como resultado, obtemos que o outro dispositivo está sempre pronto para receber dados. Portanto, se o dispositivo receptor não tiver tempo para receber e processar dados em uma alta taxa de transmissão, é possível que haja perda de dados. Para resolver todos esses problemas, um cabo especial, coloquialmente chamado de modem nulo, é usado para conectar dois dispositivos DTE. Tendo dois conectores e um cabo, você mesmo pode soldá-lo facilmente, guiado pelos diagramas a seguir.
Para completar o quadro, vamos considerar mais um aspecto relacionado à conexão mecânica das portas RS-232-C. Devido à presença de dois tipos de conectores - DB25 e DB9 - geralmente são necessários adaptadores de um tipo de conector para outro. Por exemplo, você pode usar este adaptador para conectar a porta COM de um computador a um cabo de modem nulo se o computador tiver um conector DB25 e o cabo terminar em conectores DB9. Mostramos um diagrama de tal adaptador na figura a seguir:
Observe que muitos dispositivos (como terminais e modems) permitem que você controle o estado de linhas RS-232-C individuais por meio de chaves internas (DIP-switches). Esses switches podem alterar seu valor em diferentes modelos de modems. Portanto, para usá-los, você deve estudar a documentação do modem. Por exemplo, para modems compatíveis com Hayes, se a chave 1 estiver na posição "desligada" (para baixo), isso significa que o modem não verificará o sinal DTR. Como resultado, o modem pode atender chamadas recebidas mesmo se o computador não solicita que o modem estabeleça uma conexão. Parâmetros técnicos da interface RS-232-C Ao transmitir dados por longas distâncias sem o uso de equipamentos especiais, devido à interferência induzida por campos eletromagnéticos, podem ocorrer erros. Como resultado, há restrições quanto ao comprimento do cabo de conexão entre o DTR-DTR e o DTR-DCE. O limite de comprimento oficial para o patch cable RS-232-C é de 15,24 metros. Porém, na prática essa distância pode ser muito maior. Depende diretamente da taxa de transferência de dados. Segundo McNamara (Technical Aspects of Data Communications, Digital Press, 1982) são definidos os seguintes valores:
Os níveis de tensão nas linhas do conector são -15..-3 volts para um zero lógico, +3..+15 volts para um lógico. O intervalo de -3 a +3 volts corresponde a um valor indefinido. Se você conectar dispositivos externos ao conector de interface RS-232-C (e também ao conectar dois computadores com um modem nulo), primeiro desligue-o e o computador e também remova a carga estática (conectando o terra). Caso contrário, você pode danificar o adaptador assíncrono. O aterramento do computador e o aterramento do dispositivo externo devem ser conectados juntos. Publicação: cxem.net
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