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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Interface RS-232C. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / informática A interface RS-232C foi projetada para conectar equipamentos que transmitem ou recebem dados (DTE - data terminal equipment, ou ADF - data transmit equipment; DTE - Data Terminal Equipment) aos equipamentos terminais de canais de dados (DCE; DCE - Data Communication Equipment ). O papel do ADF pode ser um computador, impressora, plotter e outros equipamentos periféricos. O modem geralmente atua como o DCE. O objetivo final de uma conexão é conectar dois ADFs. O diagrama de conexão completo é mostrado na fig. 1; A interface permite eliminar o canal de comunicação remoto junto com um par de dispositivos DCE conectando os dispositivos diretamente usando um cabo de modem nulo (Fig. 2).
O padrão descreve sinais de controle de interface, transferência de dados, interface elétrica e tipos de conectores. O padrão fornece modos de comunicação assíncrona e síncrona, mas as portas COM suportam apenas o modo assíncrono. Funcionalmente, o RS-232C é equivalente à interface CCITT V.24/V.28 e C2, mas possuem nomes de sinal diferentes. O padrão RS-232C descreve transmissores e receptores desbalanceados - o sinal é transmitido em relação a um fio comum - terra do circuito (sinais diferenciais balanceados são usados em outras interfaces - por exemplo, RS-422). A interface não fornece isolamento galvânico de dispositivos. O lógico (estado MARK) na entrada de dados (sinal RxD) corresponde à faixa de tensão de -12 a -3 V; zero lógico - de +3 a +12 V (estado ESPAÇO). Para entradas de sinal de controle, o estado ON ("on") corresponde à faixa de +3 a +12 V, o estado OFF ("off") - de -12 a -3 V. A faixa de -3 a +3 V é a zona morta, que determina a histerese do receptor: o estado da linha será considerado alterado somente após cruzar o limite (Fig. 3). Os níveis de sinal nas saídas dos transmissores devem estar nas faixas de -12 a -5 V e de +5 a +12 V. A diferença de potencial entre os aterramentos do circuito (SG) dos dispositivos conectados deve ser inferior a 2 V , com uma diferença de potencial maior, é possível a percepção incorreta dos sinais. Observe que os sinais de nível TTL (nas entradas e saídas dos chips UART) são transmitidos em código direto para as linhas TxD e RxD e em código inverso para todas as demais. A interface assume uma conexão de aterramento de proteção para os dispositivos conectados se ambos forem alimentados por energia CA e tiverem filtros de linha. Atenção!
A conexão e desconexão dos cabos de interface dos dispositivos autoalimentados deve ser realizada com a alimentação desligada. Caso contrário, a diferença de potencial do dispositivo desequilibrado no momento da comutação pode ser aplicada aos circuitos de interface de saída ou entrada (o que é mais perigoso) e desabilitar os microcircuitos. O padrão RS-232C regula os tipos de conectores utilizados. Em equipamentos ADF (incluindo portas COM), costuma-se instalar plugues DB-25P ou uma versão mais compacta - DB-9P. Os conectores de nove pinos não possuem pinos para os sinais adicionais necessários para o modo síncrono (a maioria dos conectores de 25 pinos não usa esses pinos). Os soquetes DB-25S ou DB-9S são instalados em equipamentos AKD (modems). Esta regra pressupõe que os conectores AKD podem ser conectados aos conectores ADF diretamente ou por meio de cabos adaptadores fêmeas e machos "retos" com pinos conectados um a um. Os cabos adaptadores também podem ser adaptadores de conectores de 9 a 25 pinos (Fig. 4). Se o equipamento ADF estiver conectado sem modems, os conectores do dispositivo (plugues) serão conectados entre si por um cabo de modem nulo (Zero-modem ou Z-modem), que possui soquetes em ambas as extremidades, cujos contatos são conectados transversalmente de acordo com um dos diagramas mostrados na Fig. 5.
Se uma tomada for instalada em qualquer dispositivo ADF, é quase 100% que ele deve ser conectado a outro dispositivo com um cabo direto, semelhante a um cabo de conexão de modem. O soquete geralmente é instalado nos dispositivos que não possuem uma conexão remota via modem. Na tabela. 1 mostra a atribuição de pinos das portas COM (e qualquer outro equipamento de transmissão de dados ADF). Os pinos do conector DB-25S são definidos pelo padrão EIA/TIA-232-E, o conector DB-9S é definido pelo padrão EIA/TIA-574. Os modems (AKD) têm o mesmo nome de circuitos e contatos, mas os papéis dos sinais (entrada-saída) são invertidos. Tabela 1. Conectores e sinais da interface RS-232C
1 cabo de fita multicard de 8 bits. 2 Cabo de fita para multiplacas de 16 bits e portas em placas-mãe. 3 Opção de cabo plano para portas nas placas-mãe. 4 Cabo de fita largo para conector de 25 pinos. O subconjunto de sinais RS-232C relacionados ao modo assíncrono será considerado do ponto de vista da porta COM do PC. Por conveniência, usaremos os nomes mnemônicos adotados nas descrições das portas COM e da maioria dos dispositivos (difere das designações sem rosto RS-232 e V.24). Lembre-se de que o estado ativo dos sinais de controle ("ligado") e o valor zero do bit de dados transmitido correspondem a um potencial positivo (acima de +3 V) do sinal de interface, e o estado "desligado" e um único bit correspondem a um potencial negativo (abaixo de -3 V). A finalidade dos sinais de interface é dada na Tabela. 2. A sequência normal de sinais de controle para o caso de conectar um modem a uma porta COM é ilustrada na fig. 6. Tabela 2. Finalidade dos sinais de interface RS-232C
A partir desta sequência, as conexões DTR-DSR e RTS-CTS em cabos de modem nulos ficam claras. Modo Assíncrono de transferência O modo de transferência assíncrona é orientado a byte (orientado a caracteres): a unidade mínima de informação enviada é um byte (um caractere). O formato de envio de bytes é ilustrado na Fig. 7. A transmissão de cada byte começa com um bit de início, sinalizando ao receptor para iniciar o envio, seguido por bits de dados e possivelmente um bit de paridade. Finaliza o envio com um bit de parada, que garante uma pausa entre os envios. O bit de início do próximo byte é enviado a qualquer momento após o bit de parada, ou seja, são possíveis pausas de duração arbitrária entre as transmissões. O bit de início, que sempre tem um valor estritamente definido (0 lógico), fornece um mecanismo simples para sincronizar o receptor com um sinal do transmissor. Assume-se que o receptor e o transmissor operam na mesma taxa de transmissão. O gerador de clock interno do receptor usa um contador divisor de frequência de referência que é redefinido para zero quando o início do bit inicial é recebido. Este contador gera strobes internos, pelos quais o receptor corrige os bits recebidos subsequentes. Idealmente, os estroboscópios estão localizados no meio dos intervalos de bits, o que permite receber dados mesmo com uma ligeira incompatibilidade nas velocidades do receptor e do transmissor. Obviamente, ao transmitir 8 bits de dados, um bit de controle e um bit de parada, a incompatibilidade de taxa máxima permitida na qual os dados serão reconhecidos corretamente não pode exceder 5%. Levando em conta as distorções de fase e a discrição da operação do contador de sincronização interno, um desvio de frequência menor é realmente aceitável. Quanto menor a razão de divisão da frequência de referência do oscilador interno (quanto maior a frequência de transmissão), maior o erro de ligação do estroboscópio ao meio do intervalo de bits, e os requisitos para consistência de frequência se tornam mais rigorosos. Quanto maior a frequência de transmissão, maior o efeito da distorção de borda na fase do sinal recebido. A interação desses fatores leva a um aumento nos requisitos de consistência das frequências do receptor e do transmissor com o aumento da frequência de troca.
O formato de envio assíncrono permite detectar possíveis erros de transmissão. O formato de envio assíncrono permite detectar possíveis erros de transmissão.
Para o modo assíncrono, várias taxas de câmbio padrão foram adotadas: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600 e 115200 bps. Às vezes, "baud" (baud) é usado em vez da unidade de medida "bps", mas ao considerar os sinais binários transmitidos, isso é incorreto. Em bauds, é costume medir a frequência das mudanças de estado da linha, e com um método de codificação não-binário (amplamente utilizado em modems modernos), a taxa de bits (bps) e as mudanças de sinal (baud) no canal de comunicação podem diferir vários vezes. O número de bits de dados pode ser 5, 6, 7 ou 8 (formatos de 5 e 6 bits não são amplamente utilizados). O número de bits de parada pode ser 1, 1,5 ou 2 ("um e meio bits" significa apenas a duração do intervalo de parada). Controle de fluxo de dados Para controlar o fluxo de dados (Flow Control), duas opções de protocolo podem ser usadas - hardware e software. O controle de fluxo às vezes é confundido com handshake. Handshake envolve o envio de uma notificação de que um elemento foi recebido, enquanto o controle de fluxo envolve o envio de uma notificação de que os dados podem ou não ser recebidos posteriormente. O controle de fluxo geralmente é baseado em um mecanismo de handshake. O protocolo de controle de fluxo de hardware RTS/CTS (controle de fluxo de hardware) utiliza o sinal CTS, que permite interromper a transferência de dados caso o receptor não esteja pronto para recebê-los (Fig. 8). O transmissor "libera" o próximo byte somente quando a linha CTS está ligada. Um byte que já começou a ser transmitido não pode ser atrasado pelo sinal CTS (isso garante a integridade da mensagem). O protocolo de hardware fornece a resposta mais rápida do transmissor ao estado do receptor. Chips de transceptores assíncronos possuem pelo menos dois registradores na parte receptora - shift, para receber a próxima mensagem, e armazenamento, a partir do qual o byte recebido é lido. Isso permite implementar uma troca usando um protocolo de hardware sem perda de dados.
O protocolo de hardware é conveniente para usar ao conectar impressoras e plotadoras, se elas o suportarem. Ao conectar dois computadores diretamente (sem modems), o protocolo de hardware requer uma conexão cruzada das linhas RTS - CTS. Com uma conexão direta, o terminal transmissor deve ser fornecido com o estado "ligado" na linha CTS (conectando suas próprias linhas RTS - CTS), caso contrário o transmissor ficará "silencioso". Os transceptores 8250/16450/16550 usados no IBM PC não processam o sinal CTS em hardware, mas apenas mostram seu estado no registrador MSR. A implementação do protocolo RTS/CTS é atribuída ao driver BIOS Int 14h, e não é totalmente correto chamá-lo de "hardware". Se o programa que usa a porta COM interage com o UART no nível de registro (e não através do BIOS), ele lida com o processamento do sinal CTS para dar suporte a esse protocolo. Vários programas de comunicação permitem que você ignore o sinal CTS (a menos que um modem seja usado) e eles não precisam conectar a entrada CTS à saída nem mesmo de seu próprio sinal RTS. No entanto, existem outros transceptores (por exemplo, 8251), nos quais o sinal CTS é processado por hardware. Para eles, assim como para programas "honestos", é obrigatório o uso do sinal CTS nos conectores (e até nos cabos). O protocolo de software de controle de fluxo XON/XOFF assume a presença de um canal de dados bidirecional. O protocolo funciona da seguinte forma: se o dispositivo que recebe os dados detecta motivos pelos quais não pode mais recebê-los, ele envia o caractere byte XOFF (13h) pelo canal serial reverso. O dispositivo oposto, tendo recebido este caractere, suspende a transmissão. Quando o dispositivo receptor fica pronto para receber dados novamente, ele envia um caractere XON (11h), ao receber o qual o dispositivo oposto retoma a transmissão. O tempo de resposta do transmissor a uma mudança no estado do receptor, comparado ao protocolo de hardware, aumenta em pelo menos o tempo de transmissão de um caractere (XON ou XOFF) mais o tempo de resposta do programa transmissor ao recebimento de um caractere ( Fig. 9). Segue-se que os dados sem perdas só podem ser recebidos por um receptor que tenha um buffer de dados recebido adicional e sinalize indisponibilidade antecipadamente (tendo espaço livre no buffer).
A vantagem do protocolo de software é que não há necessidade de transmitir sinais de controle de interface - o cabo mínimo para troca bidirecional pode ter apenas 3 fios (ver Fig. 5, a). A desvantagem, além da presença obrigatória de um buffer e um tempo de resposta mais longo (reduzindo o desempenho geral do canal devido à espera do sinal XON), é a complexidade de implementar um modo de troca full duplex. Nesse caso, os caracteres de controle de fluxo devem ser extraídos (e processados) do fluxo de dados recebido, o que limita o conjunto de caracteres transmitidos. Além desses dois protocolos padrão comuns suportados pelo PU e pelo SO, existem outros. Publicação: cxem.net
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