Девятиконтактный COM-порт

COM-порт (Последовательный порт)

Внутри компьютера обмен осуществляется байтами или группами байт. В этом есть смысл при передаче информации внутри системного блока, поскольку при такой передаче все биты одного байта одновременно прибывают к месту назначения, что позволяет увеличить число байт, передаваемых каждую секунду.

При передаче информации за пределами системного блока вступают в силу другие соображения, и такой способ передачи информации не во всех случаях остается наилучшим. Если вы посылаете информацию на сравнительно короткие расстояния, например, в ваш монитор, или в расположенный поблизости принтер, можно использовать кабель, состоящий из множества проводников, и передавать параллельно несколько бит информации, как внутри системного блока. Но если необходимо передать информацию на большое расстояние, и в особенности, если вы не очень беспокоитесь о достижении наибольшей скорости передачи, выгоднее использовать принципиально другой метод, называемый последовательной передачей (serial communication).

Этот метод часто используется и в тех случаях, где может быть применена параллельная передача информации, исключительно потому, что в этих случаях не требуется высокая скорость передачи информации. В качестве примера назовем мышь.

Современные компьютеры могут посылать и принимать данные через последовательный порт со скоростью до 115 200 бит/с (бит в секунду).

В основе последовательной передачи информации лежит очень простая идея: передавать все биты последовательно. Чтобы переслать байт, необходимо последовательно переслать все его 8 бит. Если при этом необходимо удостовериться, что байт пришел к месту назначения без искажения любого из его бит, придется послать по последовательному каналу девятый бит (бит четности).

Для реализации последовательного соединения используются два стандартных типа разъемов. Одним из этих типов является разъем DB9, другим типом разъемов является DB25, единственным отличием которого от предыдущего типа является то, что он использует не 9, а 25 контактов.

Большинство последовательных портов для персональных компьютеров удовлетворяют стандарту RS-232C или RS-422. Последовательный порт есть интерфейс общего назначения, он может использоваться для многих типов устройств, включая модемы, мыши и принтеры (хотя большинство принтеров подсоединяются к параллельному порту). Последовательная передача данных подразумевает, что одновременно передается один бит.

Рис. 1. Девятиконтактный COM-порт

Расшифровка названий линий порта.

RxD Принимаемые данные.

TxD Отсылаемые данные.

DTR Выход сигнала готовности DTE. Означает что DTE готово к обмену данными.

DSR Вход сигнала готовности от DCE. Означает, что внешнее устройство готово.

RTS Выход запpоса пеpедачи. Означает, что DTE хочет пеpедать данные.

CTS Вход сигнала, pазpешающего DTE пеpедавать данные.

DCD Hаличие несущей. Программы учитывающие этот сигнал должны при его отсутвии отбрасывать приходящие данные.

RI Индикатоp звонка обнаруженного модемом. Hа пpоцесс пеpедачи данных влияния не оказывает.

DTE (Data Terminal Equipment) - обычно компьютерDCE (Data Communication Equipment) - внешнее устройство

На одном и том же компьютере может быть до четырех COM-портов (количество портов зависит от особенностей материнской платы). Каждый из этих четырех портов имеет свое обозначение: COM 1, COM 2, COM 3, COM 4.

Для корректной работы каждого последовательного порта необходимо провести настройки в BIOS (необходимо, чтобы адреса портов и номера линий IRQ были выставлены правильно). Обычно система находит их сама, но в случае необходимости адреса портов можно будет проставить вручную.

Адреса портов и IRQ

Выше приведены стандартные адреса портов и номера линий IRQ, работающие на большинстве PC, но, если есть необходимость быть уверенным в том, что на данном компьютере ваша программа наверняка будет работать, то можно узнать адреса из блока системных переменных BIOS:

Рассмотрим более подробно стандарт RS-232C и стандарт RS-422.

Наиболее известен стандарт - RS-232C, определяющий интерфейс для последовательной связи. Этот интерфейс используется в большинстве модемов и во многих других устройствах, включая дисплеи и мыши.

Сокращение от recommended standard-232C - рекомендованный стандарт - стандартный интерфейс, предложенный Electronic Industries Association (EIA) (ассоциация электронной промышленности) для соединения последовательных устройств. В 1987г. ассоциация EIA разработала новую версию стандарта, названную EIA-232-D. В 1991г. EIA вместе с Telecommunications Industry association (TIA) (ассоциация промышленности телекоммуникаций) разработала новую версию стандарта, названного EIA/TIA-232-E. Многие, однако, продолжают называть его RS-232C, или просто RS-232.

Почти все модемы удовлетворяют стандарту EIA-232 и большинство персональных компьютеров имеет порт EIA-232 для подсоединения модемов и других устройств. Кроме модемов, многие изделия, как экраны дисплеев, мыши, последовательные принтеры могут подключаться к порту EIA-232. На языке EIA-232 устройство, которое подсоединяется к интерфейсу, называется Оборудованием Передачи Данных (Data Communications Equipment - DCE), а устройство, с которым оно соединяется (например, компьютер) называется Терминальным оборудованием пользователя - Data Terminal Equipment (DTE).

Стандарт EIA-232 поддерживает два типа соединителей (connector) -- a 25-штыревой (pin) (DB-25) и 9-штыревой (DB-9). Тип последовательной связи, используемой в компьютерах PC требует только 9 штырьков. Хотя EIA-232 - все еще наиболее общий стандарт для последовательной связи, EIA недавно определил преемников стадрарту EIA-232 - RS-422 и RS-423. Новые стандарты являются обратно совместимыми (backward compatible), поэтому устройства стандарта RS-232 могут подсоединяться к порту RS-422.

Рис. 2. 25-контактный COM-порт

Стандарты RS-422 и RS-423 разработаны для замены старого стандарта RS-232. Новые стандарты поддерживают более высокие скорости обмена данными и имеют болшую устойчивость к электрическим помехам. Все компьютеры Apple Macintosh имеют порт RS-422, который может применяться и для связи по протоколу RS-232.

RS-422 поддерживает многоточечные подключения, тогда как RS-423 поддерживает только подключения точка-точка.

Чтобы не составить неправильного представления об интерфейсе RS-232, необходимо отчетливо понимать различие между этими видами оборудования. Терминальное оборудование, например микрокомпьютер, может посылать и (или) принимать данные по последовательному интерфейсу. Оно как бы оканчивает (terminate) последовательную линию. Связное оборудование -- устройства, которые могут упростить передачу данных совместно с терминальным оборудованием. Наглядным пример связного оборудования служит модем (модулятор-демодулятор). Он оказывается соединительным звеном в последовательной цепочке между компьютером и телефонной линией.

Различие между терминальными и связными устройствами довольно расплывчато, поэтому возникают некоторые сложности в понимании того, к какому типу оборудования относится то или иное устройство. Рассмотрим ситуацию с принтером. К какому оборудованию его отнести? Как связать два компьютера, когда они оба действуют как терминальное оборудование. Для ответа на эти вопросы следует рассмотреть физическое соединение устройств. Произведя незначительные изменения в линиях интерфейса RS-232, можно заставить связное оборудование функционировать как терминальное. Чтобы разобраться в том, как это сделать, нужно проанализировать функции сигналов интерфейса RS-232.

Функции сигнальных линий интерфейса RS-232

Примечания:

Линии 11, 18, 25 обычно считают незаземленными. Приведенная в таблице спецификация относится к спецификациям Bell 113B и 208A.

Линии 9 и 10 используются для контроля отрицательного (MARK) и положительного (SPACE) уровней напряжения.

Во избежание путаницы между RD (Read -- считывать) и RD (Received Data -- принимаемые данные) будут использоваться обозначения RXD и TXD, а не RD и TD.

Рис. 3. Назначение линий 25-контактного COM-порта.

Терминальное оборудование обычно оснащено разъемом со штырьками, а связное -- разъемом с отверстиями (но могут быть и исключения).

Сигналы интерфейса RS-232 подразделяются на следующие классы.

Последовательные данные (например, TXD, RXD). Интерфейс RS-232 обеспечивает два независимых последовательных канала данных: первичный (главный) и вторичный (вспомогательный). Оба канала могут работать в дуплексном режиме, т.е. одновременно осуществляют передачу и прием информации.

Управляющие сигналы квитирования (например, RTS, CTS). Сигналы квитирования -- средство, с помощью которого обмен сигналами позволяет DTE начать диалог с DCE до фактической передачи или приема данных по последовательной линии связи.

Сигналы синхронизации (например, TC, RC). В синхронном режиме (в отличие от более распространенного асинхронного) между устройствами необходимо передавать сигналы синхронизации, которые упрощают синхронизм принимаемого сигнала в целях его декодирования.

На практике вспомогательный канал RS-232 применяется редко, и в асинхронном режиме вместо 25 линий используются 9 линий (см. таблицу ниже).

В большинстве схем, содержащих интерфейс RS-232, данные передаются асинхронно, т.е. в виде последовательности пакета данных. Каждый пакет содержит один символ кода ASCII, причем информация в пакете достаточна для его декодирования без отдельного сигнала синхронизации.

Символы кода ASCII представляются семью битами, например буква А имеет код 1000001. Чтобы передать букву А по интерфейсу RS-232, необходимо ввести дополнительные биты, обозначающие начало и конец пакета. Кроме того, желательно добавить лишний бит для простого контроля ошибок по паритету (четности).

Наиболее широко распространен формат, включающий в себя один стартовый бит, один бит паритета и два стоповых бита. Начало пакета данных всегда отмечает низкий уровень стартового бита. После него следует 7 бит данных символа кода ASCII. Бит четности содержит 1 или 0 так, чтобы общее число единиц в 8-битной группе было нечетным. Последним передаются два стоповых бита, представленных высоким уровнем напряжения. Эквивалентный ТТЛ-сигнал при передаче буквы А показан на рис. 4.

Рис. 4. Представление кода буквы А сигнальными уровнями ТТЛ.

Таким образом, полное асинхронно передаваемое слово состоит из 11 бит (фактически данные содержат только 7 бит) и записывается в виде 01000001011.

Используемые в интерфейсе RS-232 уровни сигналов отличаются от уровней сигналов, действующих в компьютере. Логический 0 (SPACE) представляется положительным напряжением в диапазоне от +3 до +25 В, логическая 1 (MARK) -- отрицательным напряжением в диапазоне от -3 до -25 В. На рис. 5 показан сигнал в том виде, в каком он существует на линиях TXD и RXD интерфейса RS-232.

Сдвиг уровня, т.е. преобразование ТТЛ-уровней в уровни интерфейса RS-232 и наоборот производится специальными микросхемами драйвера линии и приемника линии.

Рис. 5. Вид кода буквы А на сигнальных линиях TXD и RXD.

На рис. 6 представлен типичный микрокомпьютерный интерфейс RS-232. Программируемая микросхема DD1 последовательного ввода осуществляет параллельно-последовательные и последовательно-параллельные преобразования данных. Микросхемы DD2 и DD3 производят сдвиг уровней для трех выходных сигналов TXD, RTS, DTR, а микросхема DD4 -- для трех входных сигналов RXD, CTS, DSR. Микросхемы DD2 и DD3 требуют напряжения питания 12 В.

Рис. 6. Интерфейс RS-232

Разработано несколько новых стандартов, направленных на устранение недостатков первоначальных спецификаций интерфейса RS-232. Среди них можно отметить интерфейс RS-422 (балансная система, допускающая импеданс линии до 50 Ом), RS-423 (небалансная система с минимальным импедансом линии 450 Ом) и RS-449 (стандарт с высокой скоростью передачи данных, в котором несколько изменены функции схем и применяется 37-контактный разъем типа D).

Тестовое оборудование для интерфейса RS-232

Соединители. Эти дешевые устройства упрощают перекрестные соединения сигнальных линий интерфейса RS-232. Они обычно оснащаются двумя разъемами типа D (или ленточными кабелями, имеющими розетку и вставку), и все линии проводятся к той области, куда можно вставить перемычки. Такие устройства включаются последовательно с линиями интерфейса RS-232, и затем проверяются различные комбинации подключений.

Трансформаторы разъема. Обычно эти приспособления имеют разъем RS-232 со штырьками на одной стороне и разъем с отверстиями на другой стороне.

Пустые модемы. Как и предыдущие устройства, пустые модемы включаются последовательно в тракт данных интерфейса RS-232. Их функции заключаются в изменении сигнальных линий таким образом, чтобы превратить DTE в DCE.

Линейные мониторы. Мониторы индицируют логические состояния (в терминах MARK и SPACE) наиболее распространенных сигнальных линий данных и квитирования. С их помощью пользователь получает информацию о том, какие сигналы в системе присутствуют и активны.

Врезки. Эти устройства обеспечивают доступ к сигнальным линиям. В них, как правило, совмещены возможности соединителей и линейных мониторов и, кроме того, предусмотрены переключатели или перемычки для соединения линий с обоих сторон устройства.

Интерфейсные тестеры. По своей конструкции эти устройства несколько сложнее предыдущих простых устройств. Они позволяют переводить линии в состояния MARK или SPACE, обнаруживать помехи, измерять скорость передачи данных и индицировать структуру слова данных.