Подключение устройства через com порт компьютера. Что такое порты персонального компьютера? И какие они бывают
Иногда приходится решать задачу связи электронного устройства с компьютером, будь то просто обмен данными или удалённое управление. Эта статья описывает, как это можно реализовать, используя последовательный порт. Главным его преимуществом является то, что стандартный программный интерфейс Windows (API) позволяет производить непосредственное управление выходными линиями, давая прямой контроль над ними, и имеет функцию ожидания некоторого события, связанного с COM-портом. Также стандарт RS-232, по которому выполнены COM-порты, допускает подключение и отключение кабелей во время работы устройств (hot plug).
Описание
COM-порт (последовательный порт) – двунаправленный интерфейс, передающий данные в последовательном виде (бит за битом) по протоколу RS-232. Это довольно-таки распространённый протокол, применяемый для связи одного устройства (например, компьютера) с другими посредством проводов длиной до 30м. Уровни логических сигналов здесь отличаются от стандартных: уровень логической единицы – от +5 до +15В, уровень логического нуля – от -5 до -15В, что требует дополнительных преобразований схемы, но обеспечивает хорошую помехоустойчивость.
Рассмотрим 9-пинововый разъём (DB-9M). Ниже представлена его распиновка:
| № вывода | Наименование | Характер сигнала | Сигнал |
| 1 | DCD | Входной | Data carrier detect |
| 2 | RxD | Выходной | Transmit data |
| 3 | TxD | Входной | Receive data |
| 4 | DTR | Выходной | Data terminal ready |
| 5 | GND | - | Ground |
| 6 | DSR | Входной | Data set ready |
| 7 | RTS | Выходной | Request to send |
| 8 | CTS | Входной | Clear to send |
| 9 | RI | Входной | Ring indicator |
Больше всего нас будут интересовать пины 2 (передача данных),3 (приём данных) и 5 (земля). Это минимальный набор для возможности двухстороннего общения приборов.
Подробно останавливаться на описании протокола не буду. Для этого есть ГОСТ’ы и т.п. Поэтому мы пойдём дальше и поговорим о том, как же управлять этим зверем.
Применение
Как уже говорилось, уровни ЛС RS-232 отличаются от стандартных уровней ТТЛ. Следовательно, нам необходимо как-то преобразовывать величины напряжений. Т.е. сделать 5В из +15В и 0В из -15В (и наоборот). Один из способов (и, наверное, самый простой) – использование специальной микросхемы MAX232. Она проста в понимании и одновременно может преобразовывать два логических сигнала.
Ниже приведена схема её включения:
Думаю, трудностей быть не должно. Это один из вариантов использования этой микросхемы: передача данных с микроконтроллера на ЭВМ и наоборот. Передаваемый сигнал поступает на ножки Tx IN с одной стороны и на Rx IN с другой. Входные сигналы снимаются с Tx OUT и Rx OUT соответственно.
Программирование
Для начала поговорим о программировании портов на низком уровне. Так будет более правильно. Я очень много нервов потратил, разбираясь с этим интерфейсом, пока не начал вникать в принцип его работы на более низком уровне, нежели простая передача символов. Если будет понятно это, значит и с языками высокого уровня проблем не будет.
Ниже представлены адреса COM-портов, с которыми нам придётся работать:
| Название порта | Адрес | IRQ |
| COM 1 | 3F8h | 4 |
| COM 2 | 2F8h | 3 |
| COM 3 | 3E8h | 4 |
| COM 4 | 2E8h | 3 |
Они могут различаться. Установить значения можно в настройках BIOS’а. Это базовые адреса. От них же и будут зависеть адреса регистров, отвечающие за работу портов:
| Адрес | DLAB | Чтение/Запись | Аббревиатура | Название регистра |
| + 0 | =0 | Write | – | Transmitter Holding Buffer |
| =0 | Read | – | Receiver Buffer | |
| =1 | Read/Write | – | Divisor Latch Low Byte | |
| + 1 | =0 | Read/Write | IER | Interrupt Enable Register |
| =1 | Read/Write | – | Divisor Latch High Byte | |
| + 2 | - | Read | IIR | Interrupt Identification Register |
| - | Write | FCR | FIFO Control Register | |
| + 3 | - | Read/Write | LCR | Line Control Register |
| + 4 | - | Read/Write | MCR | Modem Control Register |
| + 5 | - | Read | LSR | Line Status Register |
| + 6 | - | Read | MSR | Modem Status Register |
| + 7 | - | Read/Write | – | Scratch Register |
Первая колонка – адрес регистра относительно базового. Например, для COM1: адрес регистра LCR будет 3F8h+3=3FB. Вторая колонка – DLAB (Divisor Latch Access Bit) бит, определяющий разное назначение для одного и того же регистра.. Т.е. он позволяет оперировать 12-ю регистрами, используя всего 8 адресов. Например, если DLAB=1, то, обращаясь по адресу 3F8h, мы будем устанавливать значение младшего байта делителя частоты тактового генератора. Если же DLAB=0, то, обращаясь по тому же адресу, в этот регистр будет записан передаваемый или принятый байт.
“Нулевой” регистр
Ему соответствуют регистры приёма/передачи данных и установки коэффициента делителя частоты генератора. Как уже было сказано выше, если DLAB=0, то регистр используется для записи принимаемых/передаваемых данных, если же он равен 1, то устанавливается значение младшего байта делителя частоты тактового генератора. От значения этой частоты зависит скорость передачи данных. Старший байт делителя записывается в следующую ячейку памяти (т.е. для порта COM1 это будет 3F9h). Ниже приведена зависимость скорости передачи данных от коэффициента делителя:
Interrupt Enable Register (IER)
Если DLAB=0, то он используется как регистр управления прерываниями от асинхронного адаптера, если DLAB=1, то в нём задаётся старший байт делителя частоты тактового генератора.
Interrupt Identification Register (IIR)
Прерывание – это событие, при котором останавливается выполнение основной программы и начинается выполнение процедуры прерываний. Этот регистр определяет тип произошедшего прерывания.
Line Control Register (LCR)
Это управляющий регистр.
| Бит 7 | 1 | Divisor Latch Access Bit – задание скорости обмена данными | ||
| 0 | Обычнй режим (управление прерываниями, приём/передача данных) | |||
| Бит 6 | Имитировать обрыв линии (посылает последовательность из нескольких нулей) | |||
| Биты 3 – 5 | Бит 5 | Бит 4 | Бит 3 | Выбор чётности |
| X | X | 0 | No Parity | |
| 0 | 0 | 1 | Odd Parity | |
| 0 | 1 | 1 | Even Parity | |
| 1 | 0 | 1 | High Parity (Sticky) | |
| 1 | 1 | 1 | Low Parity (Sticky) | |
| Бит 2 | Кол-во стоп-битов | |||
| 0 | 1 стоп-бит | |||
| 1 | 2 стоп-бита при 6,7 или 8 бит данных или 1.5 стоп-бита при 5 битах данных. | |||
| Биты 0 And 1 | Бит 1 | Бит 0 | Число битов данных | |
| 0 | 0 | 5 бит | ||
| 0 | 1 | 6 бит | ||
| 1 | 0 | 7 бит | ||
| 1 | 1 | 8 бит | ||
Проверка чётности подразумевает под собой передачу ещё одного бита – бита чётности. Его значение устанавливается таким образом, чтобы в пакете битов общее количество единиц (или нулей) было четно или нечетно, в зависимости от установки регистров порта. Этот бит служит для обнаружения ошибок, которые могут возникнуть при передаче данных из-за помех на линии. Приемное устройство заново вычисляет четность данных и сравнивает результат с принятым битом четности. Если четность не совпала, то считается, что данные переданы с ошибкой.
Стоп-бит означает окончание передачи данных.
Modem Control Register (MCR)
Регистр управления модемом.
| Бит | Значение |
|---|---|
| 0 | Линия DTR |
| 1 | Линия RTS. |
| 2 | Линия OUT1 (запасная) |
| 3 | Линия OUT2 (запасная) |
| 4 | Запуск диагностики при входе асинхронного адаптера, замкнутом на его выход. |
| 5-7 | Равны 0 |
Line Status Register (LSR)
Регистр, определяющий состояние линии.
| Бит | Значение |
|---|---|
| 0 | Данные получены и готовы для чтения, автоматически сбрасывается при чтении данных. |
| 1 | Ошибка переполнения. Был принят новый байт данных, а предыдущий ещё не был считан программой. Предыдущий байт потерен. |
| 2 | Ошибка чётности, сбрасывается после чтения состояния линии. |
| 3 | Ошибка синхронизации. |
| 4 | Обнаружен запрос на прерывание передачи "BREAK" – длинная строка нулей. |
| 5 | Регистр хранения передатчика пуст, в него можно записать новый байт для передачи. |
| 6 | Регистр сдвига передатчика пуст. Этот регистр получает данные из регистра хранения и преобразует их в последовательный вид для передачи. |
| 7 | Тайм-аут (устройство не связано с компьютером). |
Modem Status Register (MSR)
Регистр состояния модема.
Ну вот и всё. Оперируя этими регистрами, можно напрямую общаться с COM-портом, управлять передачей и приёмом данных. Если вам не хочется возиться с памятью, можно воспользоваться уже готовыми компонентами для различных сред программирования: C++, VB, Delphi, Pascal и т.д. Они интуитивно понятны, поэтому, думаю, здесь не стоит заострять на них внимание.
Ой, а что это за штучка? Зачем она нужна? Ничего, если я пальцем потрогаю? Что? Лучше не надо? Хорошо, не буду. Но мне страсть как интересно: разъём в компьютере есть, а никто ничего к нему почему-то не подключает. Как он вообще называется? Порт? Ух ты! Класс! А что это такое?..
Этот порт также называется серийным (Serial port ), хотя сокращение «COM» на самом деле означает «коммуникационный» - Communication port (изначально предназначен для двустороннего движения данных - настоящей коммуникации). А ещё чаще его именуют последовательным , поскольку передаёт биты строго один за другим.
Кроме последовательного, в компьютерах есть и параллельный порт, предназначенный, в основном, для подключения принтеров. Его нередко так и называют: принтерный. Там передача данных номинально односторонняя (хотя лишь номинально).
Вполне возможно, COM-порт есть и в вашем компьютере. Это, скорее всего, слегка продолговатое гнездо с девятью контактами в два ряда, пять и четыре штуки в каждом, а также с резьбой для болтиков на концах. К нему полагается кабель с разъёмом, соответственно, с девятью гнёздами, расположенными в такой же конфигурации.
Разъём вставляется в гнездо с контактами и прикручивается вышеуказанными болтиками, чтобы не выпасть. Таким образом можно, к примеру, соединить напрямую два компьютера с помощью нуль-модемного кабеля. Что и делалось раньше, в эпоху первых ПК.
Нынче таким образом подключают спутниковые ресиверы, приборы различных систем безопасности, комплексы управления производственным процессом и прочие заумные устройства.
Вероятно, такой порт есть и в вашем ноутбуке (конечно, если оный имеется у вас в хозяйстве). Он служит, например, для синхронизации с настольным компьютером. Правда, на практике в наши дни такое соединение используется не так уж часто - никто не хочет морочить себе голову с кабелями, ведь можно использовать другие технологии, более современные и эффективные.
Нынче для коммуникации с разными устройствами всё чаще используют USB-порт (он тоже, кстати, фактически последовательный). Мобильные модемы, принтеры, адаптеры Wi-Fi - всё большее количество приборов подключается именно через USB.
Кроме того, при наличии таких технологий как Ethernet и FireWire (для Apple), соединять компьютеры проводами через COM-порты не так уж целесообразно. Ну а если вспомнить о Bluetooth (что переводится как «синий зуб»), то и вовсе можно отправлять последовательный порт в музей.
Впрочем, операционная система Windows по-прежнему называет свои каналы передачи информации не иначе как COM1, COM2 и так далее.
Почему? Потому что драйверы, к примеру, для того же Bluetooth, могут представляться системе именно как COM-порты. Мол, а вот и мы, прошу любить и жаловать, извольте назначить нам каналы для обмена данными. Ну и что, что мы как бы не совсем настоящие? Всё равно придётся нас обслуживать.
В Unix (и её разновидностях вроде Linux) тоже есть некоторые особенности по поводу отношения к подключаемым устройствам. Поскольку Unix считает всё вокруг файлами (даже оборудование!), то и держит свои последовательные порты в виде оных с именами вроде ttyS0, ttyS1, ttyS2 (если это Linux) или ttyu0, ttyu1, ttyu2 (в FreeBSD).
Если вы являетесь простым пользователем и вам не доводится работать со специфическими приборами, спутниковыми ресиверами и прочими хитрыми устройствами, то совершенно незачем бежать в компьютерные магазины и искать кабель для COM-порта.
Данные из одного компьютера в другой можно перекачать множеством других способов, в том числе и вообще без каких либо проводов. В крайнем случае, перенести на флэшке, если локальная сеть по какой-либо причине не функционирует.
Коротко говоря, хотя такая штука как COM-порт продолжает существовать с точки зрения операционной системы и даже используется в качестве канала связи виртуально, на практике большинству пользователей можно о нём забыть с совершенно спокойной совестью.
Правда, любознательность - это всегда похвально. Так что спрашивайте, интересуйтесь, изучайте. Но руками без разрешения лучше не трогайте.
Предыдущие публикации:
Первоначально, когда появились персональные компьютеры , с ними пришло сразу несколько не бог весть каких мудрёных, но вполне успешно работавших в комплексе со всей остальной начинкой, портов или схемных интерфейсов. Словом порт обозначили способ передачи данных. Это как ячейка памяти. Только в оперативную память записывается информация и лежит там, пока она нужна какой-нибудь программе, пока программа её не обработает (или сама программа пока нужна на компьютере кому-нибудь).
Порт и память
То есть, программа прочитает данное из памяти в процессор, что-то с ним сделает, может быть получит из этой информации какие-то новые данные, которые запишет в другое место. Или само данное просто перепишет на другое место. Во всяком случае в памяти информация, которая однажды была записана может быть либо прочитана, либо стёрта. Ячейка получается как сундучок, стоящий у стенки. А вся память состоит из ячейки каждая ячейка имеет свой адрес. Точно как сундучки, стоящие в ряд у стенки в подвале скупого рыцаря.
Ну и порт можно себе представить тоже как ячейку. Только такая ячейка сзади имеет окошко, ведущее куда-то за стенку. Можно записать в неё информацию, а информация возьмёт, и улетит в окошко, хотя какое-то время будет находиться в ячейке так же, как и в обычной ячейке оперативной памяти.
Или наоборот, в ячейку-порт информация может «прилететь» из окошка. Процессор это увидит и прочтёт эту новую появившуюся информацию. И пустит её в дело — перепишет куда-то, пересчитает вместе с какими-то другими данными. Даже может записать её в другую ячейку. Или в другую ячейку-порт, тогда эта поступившая по первому порту информация может «улететь» в окошко второго порта, — ну это уж как распорядится процессор. Вернее, программа, которая в этот момент процессором командует и данные, записанные в памяти и приходящие из портов, обрабатывает.
Просто и красиво. Эти порты так и назвали сразу — порты ввода-вывода. Через одни из них данные отправляются куда-то, через другие — откуда-то принимаются.
Ну а дальше начинается движение по кругу. Вот есть одно устройство, и есть другое. И вот есть цепочка символов, каждый из которых состоит из отдельных двоичных битов, и эту цепочку нужно передать. Как передавать? Можно по линии из 8 проводочков сразу передавать по целому символу — один проводок = один бит, потом код другого, потом третьего, и так, пока не передашь всю цепочку.
А можно было разворачивать каждый бит не в пространстве (по проводочкам), а во времени: сначала передать один бит символа, потом второй и так восемь раз. Ясно, что во втором случае нужны какие-то дополнительные средства, чтобы символы так разворачивать во времени.
Параллельные и последовательные
И скорость передачи будет другая:
Получается, у каждого варианта свои плюсы, но и свои минусы.
- Сразу по восемь бит (то есть побайтно) передавать быстрее, но проводочков надо в восемь раз больше
- По одному биту передавать — нужно всего один информационный проводок, зато будет в 8 раз медленнее.
Вот и назвали в первом случае передачу параллельной, а во втором случае — последовательной.
Интерфейс портов
А вся система такой передачи — в одном случае так, в другом — этак, называется интерфейс . Один интерфейс параллельный, другой — последовательный. Почти одно и то же, порты, один параллельный, другой последовательный.
Чем понятие порт отличается от понятия «интерфейс»? В современной технике слова не только появляются, они растут и получают «образование». И как и у людей, могут становиться узкими специалистами, а могут стать «дилетантами». Вот такое типичное слово-дилетант — «интерфейс». Потому что оно — «каждой дыре затычка». Интерфейсы бывают:
А смысл слова — что-то между чем-то. Интер — между, фэйс — лицо. Красиво получилось, поэтому и везде употребляется. Например, пользовательский интерфейс системы Windows — это экранное лицо системы, предназначенное для общения с человеком.
И оно состоит из нарисованной на экране картинки + правила работы каждого элемента картинки (например, нажми на кнопочку на экране мышкой — она нажмётся) + правила реагирования каждого элемента и всей системы в целом + все аппаратные средства, участвующие в диалоге (мышь, клавиатура, экран) + все программы, обеспечивающие диалог как со стороны всей системы, так и со стороны отдельных устройств (драйверы).
Не упомянули только о человеке, но так как он тоже часть взаимодействия, то должен иметь знания и навыки работы в системе, а для этого существуют обучающие программы, справочные системы… И вот изо всего этого и встаёт красивое и ёмкое слово: интерфейс .
В нашей теме интерфейс обозначает вещи немного более простые.
Это аппаратные + программные средства передачи + правила передачи. Аппаратные — понятно. А вот программные средства на компьютерах и в современных средствах связи присутствуют всегда и везде. Даже бывает так: сначала на какой-то аппаратной базе создаётся нечто функциональное, которое выполняется не сразу, а с применением специально написанных программ . А программы все настраиваются.
И постепенно, по мере работы новой функции (или функционального блока), программы которые его «делают» — а они от аппаратных средств отличаются тем, что их можно легко настраивать — доводятся до какого-то состояния оптимальной настройки. Что уже больше и не надо настраивать. И тогда программу в новой версии функционального блока могут заменить на аппаратно выполненный заменитель программной части. Например, «зашить» оптимально работающую хорошо настроенную программу в постоянную память . Или придумать специальную логическую схему, которая выполнит точь-в-точь то же самое, что делала оптимально настроенная программа — не шарахаясь и не забывая иногда все свои полезные настройки.
Поэтому интерфейс такой часто и называют — программно-аппаратным .
Правила передачи нужны для того, чтобы на обоих концах взаимодействия одни и те же вещи понимались (и обрабатывались) одинаково. Мы говорим о передаче импульсов? Значит нужно, чтобы импульсы были строго одинаковыми.
Например, чтобы 1 битовый приходил в виде +12 или +15 вольт перепада напряжения от нуля. И чтобы была в виде прямоугольничка, или острого всплеска - пик которого обязательно был не меньше, ну, + 5 вольт, а верхнее ограничение вводить, допустим, не очень обязательно. Это потому, что при передаче импульсов на какие-то расстояния электрические сигналы имеют свойство ослабевать и «размазываться».
Если с одного конца отправят строго 12 вольт, то до другого может дойти 3 вольта, а это системой приёма может расцениться просто как шум в линии, и переданная информация будет потеряна.
Смысл импульсов тоже должен пониматься одинаково. А импульсы могут быть информационные , служебные, синхронизирующие. И вообще, например, не импульсы, а просто постоянное напряжение. Которое может использоваться на другом конце, как питание небольшого устройства.
А ещё должны одинаково пониматься и сами те самые проводочки, о которых шла речь в самом начале. Тут надо сказать сразу, такого, чтобы шёл один проводок, никогда не бывает. Даже к телефону подходят в кабеле два проводка, а в норме полагается, чтобы было в кабеле четыре. И у интерфейсов передачи данных всегда несколько проводников. Какие-то из них — информационные, какие-то — служебные. И именно это должно одинаково распознаваться на обоих концах взаимодействия. А проводочки распознаются как ? По цвету, если в кабеле и по местоположению, если в контактах подключения.
Порт слово простое и тоже не совсем однозначное. Но смысл сходный: то, что что-то грузит на что-то и куда-то отправляет. Или наоборот, то, что что-то принимает и что-то из него выгружает. Смысл почти тот же, что и программно-аппаратный интерфейс, но как-то лаконичнее. И строже, как на флоте («Вам скажут — не спорьте… а мы и не спорим…»). Только наши сигналы плывут не по морю, а по кабелю.
Распиновка разъёмов COM-порта
Распиновка никакой связи не имеет с распинанием, хотя, как проводки, вольно бегущие в одной оболочке кабеля, разбирают на стороны и жёстко припаивают к своим штырькам, сходно с распинанием. Штырёк, по-английски «pin», булавка, поэтому и распиновка, слово уже это компьютерно-связистский «проанглийский» жаргонизм. Означает — распайка проводов по штырькам на разъёме.
Форма разъёма, порядок проводков (штырьков) в нём, назначение каждого штырька, а также номиналы напряжений и смысл сигналов в каждом — это часть интерфейса. Обычно вся эта информация собирается в отдельный документ, называемый спецификацией порта. Такая простая и понятная табличка на одну страницу. В других разновидностях интерфейсов что-то такое может называться «протоколом». А здесь ещё просто называют «распиновкой» .
Последовательные порты COM
COM-порты компьютера, это связь компьютерного комплекса «дальнего действия». В отличие от параллельных портов и кабелей, ведших на «тяжёлые» устройства — принтеры, сканеры, Com-порты присоединяли к компьютеру «лёгкие» юниты — мышка, модем. Первые межкомьютерные интерфейсы (через «нуль-модем»). В дальнейшем, когда распространились локальные сети , а мыши стали подключаться по такому же разъёму, как и клавиатура — port ps/2 (пэ-эс-пополам) — com port как-то был подзабыт.
Возрождение пришло с появлением последовательного интерфейса USB. Вот и получилось движение по кругу. Теперь на USB можно встретить, кроме флешек, и мыши USB-шные, и USB-шные «клавы». Принтеры, сканеры модемы — вся периферия теперь на USB, забыла уже о толстых и солидных параллельных LTP — кабелях, которые необходимо было в обязательном порядке прикручивать с каждой стороны на 2 болта. А проводочков-то в этих USB — два сигнальных (собственно, канал один, один прямой сигнал, другой тот же — инверсный) и два — питание и корпус.
Прежних последовательных портов COM было несколько. Самый маленький — и самый востребованный 9-контактный порт (D9), к которому подключали большую чать устройств: мыши, модемы, нуль-модемные кабели. Контакты располагались в два ряда, 5 и 4 в ряд, получалась трапеция. Поэтому и название D9. На «маме» нумерация шла слева направо и сверху вниз:
1 2 3 4 5
Распайка COM-порта, port RS232, 9 контактов.
| № | Обозначение | Тип | Описание |
|---|---|---|---|
| 1 | DCD | Вход | Высокий уровень от модема, когда он принимает несущую модема-партнёра |
| 2 | RxD | Вход | Входящие импульсы данных |
| 3 | TxD | Выход | Исходящие импульсы данных |
| 4 | DTR | Выход | Высокий уровень (+12В) показывает готовность компьютера к приёму данных. Подключённая мышь использовала этот контакт как источник питания |
| 5 | GND | Общий | Земля |
| 6 | DSR | Вход | Готовность к передаче данных устройством |
| 7 | RTS | Выход | Ответная готовность устройства — партнёра |
| 8 | CTS | Вход | Готовность к приёму данных от партнёра |
| 9 | RI | Вход | Сигнал информирования компьютера о входящем звонке, поступившим на модем из линии связи |
Параллельный порт обеспечивает довольно высокую скорость передачи, поскольку эта передача осуществляется побайтно. При этом при большой длине кабеля или при не очень интенсивном обмене данными удобнее оказывается последовательный порт.
Последовательный порт (Serial Port) передает в одном направлении одновременно всего лишь 1 бит данных. Данные могут передаваться через данный порт как от компьютера к внешнему устройству, так и наоборот.
Последовательные порты компьютера обычно соответствуют международному опорному стандарту RS-232C (Reference Standard 232 версии С), в связи с этим к этому порту можно подсоединить любое устройство, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ также ориентировано на данный стандарт (к примеру, мышь, модем, последовательный принтер или последовательный порт другого компьютера). Этот интерфейс использует 9 каналов связи: один из них служит для передачи данных от компьютера, другой – для приема данных от периферийного устройства. Остальные 7 каналов используются для управления процессом обмена данными.
Последовательный порт состоит из микросхемы UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter – универсальный асинхронный приемник/передатчик) и вспомогательных компонентов. Микросхема UART принимает байты данных от шины компьютера (в которой они передаются параллельно), преобразует их в последовательность битов, добавляет служебные биты и затем выполняет передачу данных, а также выполняет обратные действия по приему последовательности битов и перевода кода из последовательного в параллельный.
Современные микросхемы UART оснащены буферной памятью и обеспечивают скорость передачи данных до 115 Кбит/с. Новые высокоскоростные разновидности последовательного порта – улучшенный последовательный порт ESP (Enhanced Serial Port) и Super ESP (Super Enhanced Serial Port) обеспечивают передачу данных до 460 Кбит/с.
Данные при последовательной передаче разделяются служебными битами, такими, как стартовый бит и стоп-бит. Эти биты указывают на начало и конец передачи последовательных бит данных. Данный метод передачи позволяет осуществить синхронизацию между приемной и передающей стороной, а также выровнять скорость обмена данными.
Для идентификации и распознавания ошибок при последовательной передаче в состав посылки дополнительно может включаться бит контроля четности. Значение бита контроля четности определяется двоичной суммой всех передаваемых битов данных. В режиме, когда бит контроля четности четный (Even Parity), значение бит контроля четности равно 0, в случае если сумма битов четная, и 1 – в противном случае. Биты контроля четности имеют инверсные (обратные) значения (соответственно 1 или 0), в случае если бит контроля четности нечетный (Odd Parity).
Стандартная комплектация компьютера содержит два последовательных порта. Отличие разъема последовательного порта от параллельного состоим в том, что данный разъем имеет 9 контактных штырей, а не гнезд (ʼʼотцовскийʼʼ разъем) (рис. 1.3.11а). Со стороны кабеля подключаемого устройства используется ʼʼматеринскийʼʼ разъем (рис. 1.3.11б). Длина кабеля последовательного порта ограничена 18 м. Основным устройством, подключаемым к последовательному порту, являются старые модели модемов и мышей.
Некоторые компьютеры, особенно ориентированные на коммуникационные приложения, могут иметь последовательные порты, выполненные по другим стандартам (к примеру, RS-449A или RS-613) и имеющие более высокую скорость передачи данных на более дальние расстояния.
Рис. 1.3.11. Последовательный порт: а) 9-контактный разъем компьютера;
б) кабель-переходник последовательный порт-USB
1.3.2.3.13. Порт PS/2
Порт PS/2 (6-контактный) назван так, потому, что он впервые появился в компьютерах производства фирмы IBM серии PS/2. Из 6 контактов используются 4 контакта͵ один из которых предназначен для передачи данных, второй – для сигналов тактовой частоты (в диапазоне 10-16,7 кГц), на третий контакт подается электропитание (+5В), а на четвертый – земля. Передача данных выполняется аналогично тому, как и в последовательном порту, но при передаче данных на устройство добавляется один бит подтверждения. В современных компьютерах имеется два порта PS/2 предназначенные для подключения мыши (зеленый разъем) и клавиатуры (фиолетовый разъем) (рис. 1.3.12а), однако эти устройства переходят на использование порта USB. Штекеры кабелей устройств PS/2 (мыши и клавиатуры) приведены на рис. 1.3.12б.
Рис. 1.3.12. Порт PS/2: а) гнезда портов компьютера; б) штекеры кабеля
Последовательный порт - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Последовательный порт" 2017, 2018.
В последнее время последовательный способ передачи данных вытесняет параллельный.
За примерами далеко ходить не надо: появление шин USB и SATA говорит само за себя.
И действительно, параллельную шину трудно масштабировать (удлинить шлейф, увеличить частоту тактирования шины), неудивительно, что технологии поворачиваются к параллельным шинам задней частью.
Последовательные интерфейсы
На сегодня существует великое множество различных интерфейсов последовательной передачи данных.
Кроме уже упомянутых USB и SATA еще можно вспомнить как минимум два широко известных стандарта RS-232 и MIDI (он же и GamePort).
Объединяет их все то же - последовательная передача каждого бита информации, или Serial Interface.
Преимуществ у подобных интерфейсов великое множество, и самое главное из них - малое количество соединительных проводов, а следовательно, меньшая цена.
Передача данных
Последовательную передачу данных можно реализовать двумя способами: асинхронным и синхронным.
Синхронная передача данных предполагает синхронизацию работы приемника и передатчика посредством включения тактовой информации в передаваемый сигнал или путем использования специальной синхро-линии.
Приемник и передатчик должны быть соединены специальным синхронизационным кабелем, который обеспечивает работу устройств на одной частоте.
Асинхронная передача подразумевает использование специальных битов, маркирующих начало и конец данных – стартового (логический ноль) и стопового (логическая единица) бита.
Также возможно использование специального бита четности, который определяет четное или нечетное количество передаваемых единичных битов (в зависимости от принятого соглашения).
На принимающей стороне проводится анализ этого бита, и если бит четности не соответствует количеству единичных битов, то пакет данных пересылается снова.
Стоит отметить, что такая проверка позволяет обнаружить ошибку только в том случае, если был передан неправильно только один бит, в случае, если неправильно передались несколько битов, эта проверка уже становится некорректной.
Посылка следующего пакета данных может происходить в любой момент после посылки стопового бита, и, естественно, должна начинаться со стартового бита.
Ничего не понятно?
Ну, если бы все компьютерные технологии были просты, то любая домохозяйка давно бы уже лепила параллельно с пельменями новые протоколы …
Попробуем взглянуть на процесс по-другому.
Данные передаются пакетами, примерно как IP пакеты, вместе с данными идут и информационные биты, количество этих битов может варьироваться от 2 до 3 с половиной.
С половиной?!
Да, ты не ослышался, именно с половиной!
Стоповый бит, а вернее передаваемый сигнал соответствующий стоповому биту, может иметь длительность большую, чем сигнал соответствующий биту-единице, но меньшую чем для двух битов.
Так вот, пакет всегда начинается со стартового бита, который всегда имеет значение ноль, после чего идут биты данных, потом бит четности, а потом и стоповый бит, всегда равный единице.
Потом через некоторый произвольный промежуток времени поход битов на Москву продолжается.
Такой способ передачи подразумевает, что приемник и передатчик должны работать с одной скоростью (ну, или почти с одной), иначе пришедшие биты данных приемник будет либо не успевать обрабатывать, либо принимать старый бит за новый.
Для того чтобы этого избежать, каждый бит стробируется, то есть посылается синхронно со специальным сигналом - «стробом», формируемым внутри прибора.
Существует ряд определенных скоростей работы асинхронных устройств - 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19 200, 38 400, 57 600 и 115 200 бит в секунду.
Ты наверняка слышал, что в качестве единицы измерения скорости передачи данных используется «бод» - частота изменения состояния линии, и эта величина будет совпадать со скоростью передачи данных только в случае если сигнал может иметь одно из двух значений.
Если же в одном изменении сигнала закодировано несколько бит (а это встречается у многих модемов), скорость передачи и частота изменения линии будут совершенно различными величинами.
Теперь пару слов о загадочном термине «пакет данных».
Под пакетом в данном случае понимается набор битов, передаваемых между стартовым и стоповым битами.
Их число может изменяться от пяти до восьми.
Можно задаться вопросом, почему именно пять-восемь бит?
Почему бы не передать сразу, скажем, килобайт данных внутри пакета?
Ответ очевиден: передавая маленькие пакеты данных, мы пусть и проигрываем, отправляя с ними три служебных бита (от 50 до 30 процентов данных), зато если при передаче пакет будет испорчен, мы легко узнаем это (помнишь про бит четности?) и быстро передадим его снова.
А вот в килобайте данных ошибку обнаружить будет уже трудно, и передавать его будет гораздо сложнее.
В качестве примера асинхронного последовательного устройства передачи данных можно привести COM-порт компьютера, любимый модем с дизайном от Труссарди и мышь, подключаемую к этому же порту, которую недалекие секретарши почему-то все время стараются засунуть в PS/2.
Работают все эти устройства по интерфейсу RS-232, вернее по асинхронной его части, поскольку в стандарте описана и синхронная передача данных.
