Техническая диагностика интерфейсов ввода-вывода компьютерных систем (стр. 6 из 18)
Подмножество сигналов RS-232C, относящихся к асинхронному режиму, рассмотрим с точки зрения СОМ-порта PC. Для удобства будем пользоваться мнемоникой названий, принятой в описаниях СОМ-портов и большинства устройств (она отличается от безликих обозначений RS-232 и V.24). Напомним, что активному состоянию сигнала ("включено") и логической единице передаваемых данных соответствует отрицательный потенциал (ниже -3 В) сигнала интерфейса, а состоянию "выключено" и логическому нулю — положительный (выше +3 В). Назначение сигналов интерфейса приведено в табл. 1.8. Нормальную последовательность управляющих сигналов для случая подключения модема к СОМ-порту иллюстрирует рис. 1.9.
Таблица 1.7 - Разъемы и сигналы интерфейса RS-232C
| Обозначение цепи | Контакт | № провода кабеля | Направление | ||||||
| разъема | выносного разъема PC | ||||||||
| СОМ- | RS- | V.24 | DB- | DB- | 11 | 22 | З3 | Л4 | I/O |
| порт | 232 | Стык 2 | 25Р | 9Р | |||||
| PG | АА | 101 | 1 | 5 | (10) | (10) | (10) | 1 | - |
| SG | АВ | 102 | 7 | 5 | 5 | 9 | 1 | 13 | - |
| TD | ВА | 103 | 2 | 3 | 3 | 5 | 3 | 3 | О |
| RD | ВВ | 104 | 3 | 2 | 2 | 3 | 4 | 5 | I |
| RTS | СА | 105 . | 4 | 7 | 7 | 4 | 8 | 7 | О |
| CTS | СВ | 106 | 5 | 8 | 8 | 6 | 7 | 9 | I |
| DSR | СС | 107 | 6 | 6 | 6 | 2 | 9 | 11 | I |
| DTR | CD | 108/2 | 20 | 4 | 4 | 7 | 2 | 14 | О |
| DCD | CF | 109 | 8 | 1 | 1 | 1 | 5 | 15 | I |
| RI | СЕ | 125 | 22 | 9 | 9 | 8 | 6 | 18 | I |
1Ленточный кабель 8-битных мультикарт. 2Ленточный кабель 16-битных мультикарт и портов на системных платах. 3Вариант ленточного кабеля портов на системных платах. 4Широкий ленточный кабель к 25-контактному разъему.
Рисунок 1.9 - Последовательность управляющих сигналов интерфейса
1. Установкой DTR компьютер указывает на желание использовать модем.
2. Установкой DSR модем сигнализирует о своей готовности и установлении соединения.
3. Сигналом RTS компьютер запрашивает разрешение на передачу и заявляет о своей готовности принимать данные от модема.
4. Сигналом CTS модем уведомляет о своей готовности к приему данных от компьютера и передаче их в линию.
Таблица 1.8 - Назначение сигналов интерфейса RS-232C
5. Снятием CTS модем сигнализирует о невозможности дальнейшего приема (например, буфер заполнен) — компьютер должен приостановить передачу данных.
6. Сигналом CTS модем разрешает компьютеру продолжить передачу (в буфере появилось место).
7. Снятие RTS может означать как заполнение буфера компьютера (модем должен приостановить передачу данных в компьютер), так и отсутствие данных для передачи в модем. Обычно в этом случае модем прекращает пересылку данных в компьютер.
8. Модем подтверждает снятие RTS сбросом CTS.
9. Компьютер повторно устанавливает RTS для возобновления передачи.
10.Модем подтверждает готовность к этим действиям.
11.Компьютер указывает на завершение обмена.
12.Модем отвечает подтверждением.
13.Компьютер снимает DTR, что обычно является сигналом на разрыв соединения ("повесить трубку").
14.Модем сбросом DSR сигнализирует о разрыве соединения.
Из рассмотрения этой последовательности становятся понятными соединения DTR-DSR и RTS-CTS в нуль-модемных кабелях.
1.3.2 Родственные интерфейсы и преобразователи уровней
В последовательном интерфейсе далеко не всегда используют двуполярные сигналы RS-232C — это неудобно, хотя бы из-за необходимости использования дву-полярного питания приемопередатчиков. Сами микросхемы вышеописанных приемопередатчиков UART работают с сигналами логики ТТЛ или КМОП; такие же сигналы используются, например, и в сервисных портах винчестеров и других устройств. Многие устройства (в том числе карманные ПК и мобильные телефоны) имеют внешний последовательный интерфейс с уровнями низковольтной логики. Конечно, сигналы обычной логики не имеют столь высокой помехоустойчивости, как RS-232C, но не всегда это и требуется. Для взаимного преобразования уровней интерфейса RS-232C и логики специально выпускаются буферные микросхемы приемников (с гистерезисом) и передатчиков двуполярного сигнала. При несоблюдении правил заземления и коммутации они обычно становятся первыми жертвами "пиротехнических" эффектов. Раньше их нередко устанавливали в "кроватки", что облегчало их замену. Цоколевка популярных микросхем формирователей сигналов RS-232C приведена на рис. 2.7. Часто буферные схемы входят прямо в состав интерфейсных БИС. Это удешевляет изделие, экономит место на плате, но в случае аварии оборачивается крупными финансовыми потерями. Вывести из строя интерфейсные микросхемы замыканием сигнальных цепей маловероятно: ток короткого замыкания передатчиков обычно не превышает 20 мА. В специальных кабелях-адаптерах часто применяют преобразователи уровней фирмы Maxim и Sypex; они удобны тем, что содержат и приемники, и передатчики. Из широкого ассортимента этих преобразователей легко подобрать подходящий по количеству приемников и передатчиков, а также по питанию (однополярному, двуполярному, низковольтному).
Рисунок 1.10 -Формирователи сигналов RS-232C:
а — приемник 1489 (А — вход RS-232,С - управление гистерезисом (ТТЛ),Y — выход ТТЛ); б — передатчик 1488(А, В — входы ТТЛ, Y — выход RS-232, VDD = +12 В, VEE = -12 В); в — таблица состояния выходов передатчика (*1 В — логическая единица)
Когда требуется большая помехоустойчивость (дальность и скорость передачи), применяют иные электрические варианты последовательных интерфейсов: RS-422A (V.11, Х.27), RS-423A (V.10, Х.26), RS-485. На рис. 1.11 приведены схемы соединения приемников и передатчиков, а также показаны ограничения на длину линии (L) и максимальную скорость передачи данных (V). Несимметричные линии интерфейсов RS-232C и RS-423A имеют самую низкую защищенность от синфазной помехи, хотя дифференциальный вход приемника RS-423A позволяет в какой-то мере исправить ситуацию. Лучшие параметры имеют интерфейсы RS-422A и RS-485, работающие на симметричных линиях связи. В них для передачи каждого сигнала используются дифференциальные приемопередатчики с отдельной (витой) парой проводов для каждой сигнальной цепи.
Рисунок 1.11- Стандарты последовательных интерфейсов
Интерфейсы EIA-RS-422 (ITU-T V.ll, X.27) и EIA-RS-485 (ISO 8482) используют симметричную передачу сигнала и допускают как двухточечную, так и шинную топологию соединений. В них информативной является разность потенциалов между проводниками А и В. Если на входе приемника UA-UB>0,2 В (А положительнее В) — состояние "выключено" (space), UA-UB<-0,2 В (А отрицательнее В) — состояние "включено" (mark). Диапазон |UA-UB|<0,2 В является зоной нечувствительности (гистерезис), защищающей от воздействия помех. На выходах передатчика сигналы UA и UB обычно переключаются между уровнями 0 и +5 В (КМОП) или +1 и +4 В (ТТЛ), дифференциальное выходное напряжение должно лежать в диапазоне 1,5-5 В. Выходное сопротивление передатчиков 100 Ом. Интерфейсы электрически совместимы между собой, хотя и имеют некоторые различия в ограничениях. Принципиальное отличие передатчиков RS-485 — возможность переключения в третье состояние. Передатчики RS-422/485 совместимы с приемниками RS-423. Топологию соединений иллюстрирует рис. 1.12.
Чтобы увеличить число узлов, можно повысить входное сопротивление приемников, но при этом снижается допустимая скорость или максимально возможная дальность передачи. Максимальная скорость передачи на коротких расстояниях (до 10 м) ограничивается быстродействием передатчиков (достижима частота 25 МГц). На средних расстояниях ограничение определяется емкостью кабеля (1200 бит/с - 25 нФ, 9600 бит/с - 30 нФ, 115 кбит/с -250 пФ). Максимальная дальность (1200 м) ограничена сопротивлением петли постоянному току.
А б в
Рисунок 1.12 - Топология интерфейсов: а — RS-422, б — RS-485 четырехпроводный, в — RS-485 двухпроводный
Интерфейс RS-485 может быть в двух версиях: двухпроводной и четырехпровод-ной. Четырехпроводная версия (рис.1.12, б) выделяет задающий узел (master), передатчик которого работает на приемники всех остальных. Передатчик задающего узла всегда активен — переход в третье состояние ему не нужен. Передатчики остальных ведомых (slave) узлов должны иметь тристабильные выходы, они объединяются на общей шине с приемником ведущего узла. В двухпроводной версии (рис.1.12, в) все узлы равноправны.
В вырожденном случае — при двухточечном соединении — интерфейсы RS-485 и RS-422 эквивалентны, и третье состояние не используется.
Для определенности состояния покоя шины RS-485, когда нет активных передатчиков, на линию устанавливают активные терминаторы, "растягивающие" потенциалы проводов. В покое провод В должен иметь более положительный потенциал, чем А.
При многоточечном соединении необходимо организовать метод доступа к среде передачи. Чаще всего используют полинг (polling) — опрос готовности к передаче, выполняемый ведущим устройством, или передачу права доступа в соответствии с определенным (установленным) регламентом. Иногда используют и методы случайного доступа (аналогично Ethernet).