View
48
Download
0
Category
Preview:
DESCRIPTION
Serijski Interfejs Rs232c i Njegova Primena -Diplomski rad
Citation preview
VISOKA POSLOVNA ŠKOLA STRUKOVNIH STUDIJA
BLACE
DIPLOMSKI RAD
SERIJSKI INTERFEJS RS232C I NjEGOVA PRIMENA
Mentor: Kandidat:
Dr. Danilo Oklobdžija Aleksandar Filipović
34/10-R
U Blacu, Jul 2013 god.
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 2 -
Sadržaj
1. UVOD ...................................................................................................................... - 3 -
2. PRENOS PODATAKA .......................................................................................... - 4 -
2.1. Asinhroni prenos podataka .............................................................................. - 11 -
2.2. Sinhroni prenos podataka ................................................................................ - 13 -
2.3. Tehnike digitalnog kodiranja ........................................................................... - 14 -
2.4. Modulacione tehnike i modemi ........................................................................ - 15 -
2.5. Standardi za prenos podataka ......................................................................... - 19 -
3. RS-232 standard ................................................................................................... - 20 -
3.1. Podržane vrste ramova i njihove oznake ........................................................ - 25 -
3.2. Hardver koji podržava RS-232 ........................................................................ - 26 -
3.3. RS-232C ............................................................................................................. - 28 -
4. USB – (Universal Serial Bus) .............................................................................. - 39 -
5. Zaključak .............................................................................................................. - 42 -
6. Literatura .............................................................................................................. - 44 -
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 3 -
1. UVOD
RS-232 standard nastao je daleke 1960. godine, kada je prihvaćen od strane EIA (eng.
Electronics Industry Association). Standard se stalno dopunjavao, tako da je 1969.
godine izdat RS232-C standard, koji koriste i PC računari. 1987. godine izdata je četvrta
revizija ovog standarda pod oznakom RS-232D. U ovom standardu dodate su tri nove
testne linije. Poslednji standard ovog načina prenosa nastao je 1991. godine pod
oznakom RS232-E.
Električne osobine serijskog porta RS232-C standarda su sledeće :
• logička nula "SPACE" nalazi se u opsegu napona +3 V do +25 V,
• logička jedinica "MARK" je u opsegu -3 V do – 25 V,
• oblast između -3 do + 3 V nije definisana,
• napon na kolu ne sme da pređe 25V u odnosu na masu (GND),
• struja kola ne sme preći 500 mA.
Oblik signala kod RS232 standarda dat je na slici 0.
Slika 0. Oblik signala kod RS232 standarda
Stanje kada nema slanja podatka, tj. linija je slobodna, označeno je MARK naponom.
Prenos počinje kada linija pređe u SPACE stanje, što predstavlja START bit. Iza
START bita dolaze bitovi podataka i to tako da je jedinica predstavljena negativnim
naponom, a nula pozitivnim. Ovo je najčešće u suprotnosti sa ustaljenom logikom da je
+5 V logička jedinica, a 0 V logička nula. Problem rešava prijemno kolo (npr.MAX232,
ST232, ICL232, MAX3232, ST3232,ICL3232 itd.) konvertujući napone tako da su
prilagođeni naponima interfejsa koji se koristi. Posle bita podatka dolazi bit parnosti
koji se koristi za detekciju jednostruke greške u prenosu. Iza bita parnosti signal se
postavlja u MARK stanje što označava početak STOP bita. Prema RS232 standardu broj
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 4 -
stop bitova može biti: 1, 1.5 ili 2. Nakon završetka STOP bitova, linija je spremna za
slanje novog karaktera. PC računari koriste kao DATA bite najčešće 7 ili 8 bita. Između
slanja dva karaktera linija se nalazi u MARK stanju, a u toku prenosa više puta prelazi
iz MARK u SPACE stanje u zavisnosti od broja jedinica i nula. To znači da se linija
može nalaziti u SPACE stanju najviše u slučaju kada karakter sadrži sve nule. Ova
osobina prenosa upotrebljena je za uvođenje specijalnog znaka nazvanog BREAK
(prekid). Ovaj se signal koristi kako bi se dala prijemniku signalizacija da je došlo do
problema u slanju podataka. Serijski prenos počinje tako da predajna strana šalje
prijemnoj strani signal RTS - zahtev za slanjem, dok prijemnik ako je spreman za
prijem odgovara signalom CTS - spreman za prijem. Predajnik zatim šalje podatke
prijemniku. Nakon prijema podataka, prijemnik proverava da li su podaci primljeni bez
greške i za to vreme javlja predajniku da je zauzet. Ako su podaci primljeni bez greške,
prijemnik šalje predajniku signal potvrde ACK (eng. Acknowledgment - ASCII 6), a u
slučaju ako se pojavila neka greška, šalje signal negativne potvrde NAK (ASCII 21).
Zavisno od upotrebljenog protokola, odgovor predajnika na dobijeni NAK signal može
biti ponovno slanje podataka.
2. PRENOS PODATAKA
Prenos podataka predstavlja prenos kodirane informacije. Obično se prenos podataka
odnosi na serijski prenos podataka. No, nezavisno od toga što se u većini slučajeva
implicitno podrazumeva, prenos podataka se može ostvariti kao:
• paralelni - kada se prenos većeg broja bitova podataka vrši istovremeno (tipično se
ovakav prenos ostvaruje preko sistemske magistrale ili neke druge magistrale za
proširenje, tj. preko većeg broja vodova);
• serijski - prenos podataka se vrši bit po bit preko jedinstvenog voda ili
komunikacionog kanala (tipičan primer je komunikaciona linja).
Osnovne karakteristike oba načina prenosa su sledeće. Paralelni prenos je brži od
serijskog, ali je znatno skuplji, jer zahteva veći broj veza (vodova ili kanala za prenos).
Serijski prenos je pouzdaniji, jer se prekid u prenosu uvek može lako ustanoviti. Kod
serijskog prenosa skup pravila za razmenu podataka između dva uređaja (protokoli) je
bolje definisan (postoje međunarodni standardi i norme za prenos), a kod paralelnog
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 5 -
prenosa, zbog različitog obima kod prenosa paralelnih podataka, to nije slučaj. Imajući
sve ovo u vidu, paralelni prenos podataka se više preferira kod prenosa podataka na
kraća rastojanja (do nekoliko metara, tj. više "interno" u okviru računarskog okruženja
kao što je interfejs računar i štampač), a serijski prenos za prenos podataka na veća
rastojanja (prenos podataka između dva računara koji mogu biti udaljeni i na hiljade
kilometara).
Sl. 1. Aplikacija koja koristi paralelno→serijsku i serijsko→paralelnu konverziju.
Kako se komunikacije u okviru računarskog/mikroračunarskog sistema ostvaruju preko
sistemske magistrale u paralelnoj formi, evidentno je da je potrebna paralelno↔serijska
konverzija, kada se vrši sprega sistema koji sa jedne strane obavljaju paralelni, a sa
druge strane serijski prenos podataka.
Na slici 1 prikazana je jedna aplikacija koja koristi obe konverzije, paralelno→serijsku i
serijsko→paralelnu, da bi ostvarila prenos n-tobitnih paralelnih podataka od predajnika
do prijemnika preko serijske komunikacione veze.
Pomerački registri (slika 2), koriste se kao sklopovi za konverziju podataka iz
paralelnog u serijski oblik i obratno.
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 6 -
Sl. 2. Primena pomeračkih registara za konverziju parelenih podataka u serijske i
obrnuto.
Sinhronizacija rada predajnika i prijemnika je kritična i predstavlja jedan od osnovnih
problema kod rada ovakvih sistema; potrebno je na neki način izdvojiti na prijemnom
kraju takt, ali takođe i odrediti kraj poruke. O ovom problemu sa više detalja
govorićemo nešto kasnije. Na slici 3 prikazan je jedna tipična serijska U/I aplikacija.
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 7 -
Sl. 3. Serijski prenos podataka.
U ovom slučaju postoji komunikaciona veza za prenos podataka između terminala i
mikroračunara. Podatak se konvertuje iz paralelnog u serijski oblik na magistralnom
interfejsu i prenosi bit po bit duž linije. Ako se prenos podataka vrši na relativno kratka
rastojanja preko posebnih linija (kao što je prikazano na slici 3), tada se prenos podataka
može ostvariti direktno u digitalnoj formi. Postoje različiti standardi za definiciju
logičkih nivoa i signala koji se koriste za digitalni prenos podataka kao što su RS-232 i
drugi (standarde ćemo izučavati detaljnije).
Digitalni signali imaju veoma brze usponske i opadajuće ivice, ali takođe nivo signala
može biti 1 ili 0 tokom veoma dugog vremenskog perioda. Ovo ukazuje da se za prenos
koristi veoma širok frekventni spektar, počev od jednosmerne komponente (DC) do
harmonika bitske brzine impulsa koji se prenese. Telefonske linije kao medijum po
kome se vrši prenos podataka ne mogu prenositi DC nivoe ili vrlo visoke frekvencije.
Zbog toga, ako je potrebno da se podaci prenose preko telefonskih linija neophodno je
da se vrši konverzija digitalnih signala u analogni oblik koji se može prenositi u
relativno uskom opsegu. Podsistemi koji obavljaju ovu funkciju se zovu modemi.
Modem predstavlja skraćeni izraz za par modulator-demodulator.
Jedan od osnovnih zadataka kod prenosa podataka sa jednog mesta na drugo, ogleda se
u tome da prijemnik mora znati kako da vrši interpretaciju podataka i otkriva moguće
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 8 -
greške u prenosu. Ovu funkciju moguće je ostvariti komunikacionim protokolom.
Tehnike za prenos podataka o kojima ćemo govoriti u daljem tekstu odnosiće se na
povezivanje između dva uređaja tipa tačka ka tački (point to point). Kompleksnije šeme
su računarske mreže koje obezbeđuju da veći broj računara komunicira između sebe.
Osnovni principi rada, kao i komunikacioni protokoli, su kod ovih sistema znatno
složeniji i o njima nećemo govoriti.
Jedna osnovna šema komunikacione veze prikazana je na slici 4.
Sl. 4. Sistem prenosa podataka.
Terminal (računar) na jednom kraju veze komunicira sa računarom (terminalom) na
suprotnom kraju. Komunikacionu vezu čine DTE (Data Terminal Equipment) i njemu
pridruženi modem na oba kraja.
Postoje dve osnovne konfiguracije veza koje zovemo veza tipa tačka-ka-tački (point-to-
point) i višetačkasta (multidrop) veza, kao što je prikazano na slici 5.
Sl. 5. Sistemi tačka-ka-tački i višetačkasti.
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 9 -
Kod prve, obe krajnje stanice komuniciraju na ravnopravnoj osnovi, dok kod druge
jednom uređaju je dodeljena uloga gospodara (glavne ili primarne stanice), a drugom
uloga potčinjenog (sekundarna stanica). Svaka stanica ima svoju sopstvenu jedinstvenu
adresu, pri čemu je primarna stanica ta koja kontroliše (nadgleda) celokupni prenos
podataka po ostvarenoj vezi (ovakav tip adresiranja nije neophodan kod veze tipa
tačka-ka-tački).
Fizički, komunikacionu vezu mogu činiti, kao što je prikazano na slici 6, dva ili četiri
voda. Kod dvožične veze postoji signalna linija i masa, dok kod četvorožične veze
postoje dve linije po kojima se prenose signali i dve žice za masu.
Sl. 6. Fizička sredstva za prenos podataka.
Organizacija logičke komunikacione veze prikazana je na slici 7. Kod simpleks veze,
linija je namenjena za predaju ili prijem ali ne i za jedno i za drugo. Kod poludupleks
veze, prenos se može realizovati u oba smera, ali u jednom trenutku veza se može
ostvariti samo u jednom smeru. Kod potpune dupleks veze, predaja i prijem se mogu
ostvariti u oba smera istovremeno.
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 10 -
Sl. 7. Logička sredstva za prenos podataka.
Osnovna mera koja ukazuje na brzinu prenosa podataka je broj prenetih bitova u
sekundi (bps - bits per second). Slična mera je Baudova brzina. Baudova brzina
predstavlja merilo o broju signalizirajućih jedinica u sekundi. Za slučaj kada se koriste
jednostavne modulacione tehnike merila bps i baud su jednaka jer za svaki bit na liniji
postoji samo jedno moguće stanje promene. Ali kada se koriste kompleksne tehnike,
kao što je fazna modulacija, i više od jednog bita može biti kodirano sa ciljem da ukaže
na promenu stanja. Na ovaj način, svaka signalizatorska jedinica (promena stanja) se
može koristiti za prenos većeg broja bitova, pa je u tom slučaju bitska brzina veća od
baudove. Ovakav aspekt posmatranja interesantan je sa stanovišta projektovanja veoma
brzih modema, ali sa tačke gledišta korisnika najvažnija specifikacija je bps. Nezavisno
od toga moramo biti svesni da se ova dva termina često koriste ali i da njihovo značenje
nije identično u svim situacijama.
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 11 -
2.1. Asinhroni prenos podataka
Na slici 8 prikazan je talasni oblik koji važi za asinhroni prenos jednog znaka.
Sl. 8. Talasni oblik kod asinhronog prenosa jednog znaka.
Svaki bit se predaje u toku jednog bitskog intervala. Kada se po liniji ne prenose podaci
za signal kažemo da je u stanju "marking", što odgovara logičkoj jedinici. Na početku
svakog znaka, signal se postavlja na stanje logičke 0 u trajanju od jednog bitskog
intervala. Ovaj bit se zove start bit, i on označava vremensku referencu prijemnika.
Nakon start bita, u toku svakog narednog bitskog intervala, generiše se po jedan bit
podatka, a obično prenos počinje sa LS bitom. Broj bitova podataka može biti 5-8 o
čemu postoji dogovor između predajne i prijemne strane. Opciono, nakon zadnjeg bita
podatka, može slediti bit parnosti. Na kraju sledi predaja jednog ili većeg broja stop
bitova. Stop bit obavlja sledeće dve funkcije:
• obezbeđuje minimalno kašnjenje između znakova (ovo je bilo posebno važno
obezbediti kod starih elektromehaničkih predajnika i prijemnika).
• stop bit u kombinaciji sa start bitom garantuje da će se javiti najmanje jedan
prelaz od stanja "mark" na stanje "space" na početku svakog znaka.
Za predajnik je generisanje serijskog niza podataka jednostavan zadatak. On prosto
generiše svaki bit uključujući start i stop bitove. Prijemnik ima u suštini teži zadatak.
Kod asinhronog prenosa predajnik i prijemnik obično ne rade sa istim taktom. Zbog
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 12 -
toga prijemnik mora tačno da odredi lokaciju granice svakog bita. Obično je takt
prijemnika 16, 32 ili 64 puta viši od bitske brzine. I pored toga što je ovaj takt asinhron
u odnosu na predajni takt, frekvencija rada prijemnika može se razlikovati samo za
nekoliko procenata u odnosu na frekvenciju rada predajnika.
Da bi odredio prvu bitsku ćeliju prijemnik čeka na prelaz mark→space, koji se javlja na
početku svakog start bita. Kod najvećeg broja serijskih prijemnika postoji detekcija
pogrešnog start bita, a verifikacija da li je linija u "space" stanju vrši se na sredini start
bita. Na ovaj način izbegavaju se uticaji kratkotrajnih smetnji koje mogu dovesti do
pogrešnog okidanja prijemnika. Prijemnik (ako je start bit bio ispravan) na dalje
uzorkuje liniju za podatke radi prijema prvog bita podatka 1,5 T posle važeće
detektovanog stanja mark→space, tj. odlučuje o važnosti bita podatka na sredini bitskog
intervala T. Na slici 9 prikazani su trenuci uzorkovanja bitova u poruci na prijemnom
kraju.
Sl. 9. Naponski nivoi kod RS232c interfejsa.
Kako je prenos svakog podatka (znaka) nezavisan od prethodnog, postoji proizvoljan
iznos pasivnog vremena između dva znaka, u kome se linija nalazi u stanju "mark".
Sinhronizacija prijemnika se izvodi na osnovu ivice koja označava početak "start" bita.
Sa te tačke gledišta, lokacija bitske ćelije zavisi od takta prijemnika koji treba da je
približan taktu predajnika. Imajući u vidu da se podaci mogu u okviru bitskog intervala
uzorkovati bilo gde, obično se dozvoljava neka greška od 3 do 5% u radu taktnih
frekvencija predajnika i prijemnika.
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 13 -
2.2. Sinhroni prenos podataka
Kod asinhronog prenosa podataka ne postoji dobra vremenska iskorišćenost sa
stanovišta prenosa informacije. Naime, najmanje dva od svakih deset bitova (start i
stop) ne nosi korisnu informaciju. Zbog toga se gubi 20% od ukupnog propusnog
opsega komunikacione veze. Teoretski, efikasnost se može povećati prenošenjem većeg
broja bitova između svakog para start i stop bitova. Ali, kako se ukupna sinhronizacija u
radu zasniva na prvom prelasku sa 1 na 0, bilo koja greška u taktnoj frekvenciji
akumulira se do pojave sledeće start-stop sekvence. Taktne frekvencije predajnika i
prijemnika moraju zbog toga biti veoma dobro uparene. Drugi problem kod asinhronog
prenosa se javlja zbog toga što prijemnik obično radi sa taktnom frekvencijom koja je
16 puta veća od one koja odgovara bitskoj brzini. Ovi problemi se mogu rešiti
korišćenjem sinhrone komnunikacije kod koje se zajedno sa informacijom predaje i
taktna pobuda. Taktna frekvencija se može prenositi kao poseban signal, ili ako se
koristi princip kodiranog samotaktovanja kojim se omogućava izdvajanje takta od
primljenih podataka. Nezavisno od toga koja se tehnika koristi prijemniku se dovodi
taktna frekvencija koja je sinhrona sa predajnom taktnom frekvencijom. Na ovaj način
se eliminiše potreba za uveđenjem start i stop bitova, kao i to da prijemnik radi sa
taktnom frekvencijom koja je umnožak u odnosu na bitsku brzinu. Na ovaj način postiže
se veća brzina kod prenosa podataka.
Na slici 10 prikazana je razlika između asinhronih i sinhronih signala. Kod asinhronih
sistema postoji najmanje uvek po jedan start i stop bit između svakog para znakova.
Kada se ne prenosi podatak, signal ostaje u "mark" stanju. Kod sinhronog sistema ne
postoji pasivno vreme između znakova. Kada se ne prenosi podatak, prenosi se podatak
o sinhronizaciji. Ovaj znak ne nosi informaciju, ali obezbeđuje da se ostvari
sinhronizacija prijemnika. Zbog veće brzine prenosa, sinhroni prenos podataka se
obično koristi za komuniciranje između računara. Nekoliko protokola je definisano za
korišćenje kod sinhronih komunikacionih sistema. O ovoj problematici nećemo govoriti
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 14 -
Sl. 10. (a) Asinhroni talasni oblik. (b) Sinhroni talasni oblik. (c) Format SDLC okvira.
2.3. Tehnike digitalnog kodiranja
Bit serijsko kodiranje, kod koga signal zadržava stanje kod svakog bita u toku bitskog
intervala, zove se NRZ (not-return-to-zero), pošto se signal ne vraća na nulu posle
svakog bita. Ova tehnika kodiranja se često koristi kod asinhronih komunikacija, ali ima
nedostatak što nije samotaktovana, tj. iz NRZ signala nije moguće izdvojiti taktnu
frekvenciju. Pored toga NRZ signal može ostati u istom stanju (0 ili 1) nedefinisan
period vremena, tako da je potrebno obezbediti u prenosu i DC spregu.
Da bi metod kodiranja bio samotaktovan, mora se garantovati prelaz signala iz jednog
stanja u drugo, nezavisno od toga kakav se oblik podataka prenosi. Da bi se ovaj cilj
ostvario potrebno je da se koriste posebna kola za sinhronizaciju koja se zovu PLL
(Phase Locked Loop).
Alternativni metod kodiranja je NRZI. Na slici 11 prikazan je način kodiranja jednog
oblika podatka različitim kodovima.
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 15 -
Sl. 11. Različiti načini kodiranja podataka.
NRZI kodiranje koristi prelaz na početku ćelije sa ciljem da označi 0 a ne koristi prelaz
da bi označio 1. Zbog toga NRZI nije u potpunosti samotaktovan kod, jer kontinualan
niz jedinica ne kreira prelaze.
Mančester kodiranje je primer tehnike samotaktovanog kodiranja. Postoji prelaz u
centru svake bitske ćelije; prelaz sa visoko→nisko ukazuje na 1, a sa nisko→visoko na
0. Prelazi se izvode u okviru granice bitske ćelije, tako da u okviru ćelije uvek postoji
po jedan prelaz, a ponekad i dva. Na žalost kodiranje i dekodiranje Mančester signala je
dosta teže u odnosu na NRZ signale.
Postoji veliki broj varijacija tehnike kodiranja. Bifazno kodiranje koristi prelaz na
svakoj granici bitske ćelije. Prisustvo ili odsustvo prelaza u centru svake bitske ćelije
određuje stanje bita. Prelaz u centru ćelije ukazuje na 1, a kada ne postoji prelaz u
centru ukazuje se na 0. Može se koristiti i suprotan prilaz, kada prelaz u centru bitske
ćelije ukazuje na 0.
2.4. Modulacione tehnike i modemi Sa ciljem da se prenese informacija između predajnika i prijemnika, osnovni logički
signali moraju se prvo konvertovati u oblik koji je pogodan za predaju po
komunikacionom kanalu. Postoji nekoliko tehnika da se ostvari ova funkcija. Kod
najstarijeg pristupa - elektromehanički teleprinter - kodiranje informacije se vrši
pomoću povorke unipolarnih DC impulsa (mark i space) kao što je prikazano na slici
12.
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 16 -
Sl. 12. Teleprinter (TTY).
U današnje vreme za prenos digitalnih podataka na duža rastojanja ili preko analognog
medijuma, kao što su telefonske linije, koriste se modemi. Opšti blok dijagram modema
prikazan je na slici 13.
Sl. 13. Blok dijagram modema.
Za prenos informacije po liniji se koriste različite tehnike. Na slici 14 prikazana je
tehnika RTTY (Radio Teletype) kod koje amplituda nosećeg signala varira da bi se
ukazalo kada je signal na 1 ili 0.
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 17 -
Sl. 14. (a) Radio teleprinter (RTTY). (b) FSK. (c) Fazna modulacija.
Druga često korišćena tehnika modulacije je FSK (Frequency Shift Key). Kod ove
tehnike (slika 15) jednom frekvencijom se predstavlja 0 a drugom 1. Na primer,
Kansans City Standard koji se koristi kod zapisa na kaseti kodira 0 sa 1200Hz a 1 sa
2400Hz. Fazno kodiranje, često nazvano PSK (Phase Sfift Key), koristi samo jednu
frekvenciju, ali promena faze ukazuje na podatak (slika 15). Fazno kodiranje zahteva
manji analogni propusni opseg za datu bitsku brzinu, ali je kompleksnije za
implementaciju. Na slici 15, 0 ima istu fazu kao i nosač, a 1 se kodira kao promena faze
od 180°.
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 18 -
Sl. 15. Talasni oblici kod FSK i fazne modulacije.
Ograničeni opseg telefonske linije (300Hz do 3.4kHz) ograničava brzinu sa kojom se
može vršiti prenos podataka. Kod poludupleks prenosa u jednom trenutku jedan modem
može koristiti ceo raspoloživi opseg, a kod potpunog dupleksa ukupni propusni opseg
mora biti deljiv.
Jedan od najstarijih standarda za modeme koji se još i dan danas koristi je Bell 103.
Ovaj standard koristi FSK modulaciju za predaju do 300 bps u potpunom dupleksu. On
koristi sledeće frekvencije:
• Modem koji šalje: 0=1070Hz
• Modem koji odgovara: 0=2025Hz
� 1=1270Hz 1=2225Hz
Drugi poznatiji standard je Bell 212A kojim se ostvaruje brzina prenosa od 1200bps u
režimu rada potpuni dupleks. Bell 212A koristi dvobitnu faznu modulaciju. Nosilac
predajnog modema je 1200Hz, a modema koji odgovara je 2400Hz. Termin dvobitni
ukazuje na činjenicu da se pomoću dva bita vrši kodiranje svakog faznog pomeraja. Na
slici 7.16 prikazane su četiri fazne promene za modem tipa 212A kada je nosilac
2400Hz. Baudova brzina fazno kodiranog signala odgovara brzini faznih promena.
Kako se sa dva bita kodira jedna fazna promena, niz podataka od 1200bps generiše
analogni signal od 600 bauda. Modeme možemo podeliti u tri grupe:
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 19 -
• modemi za prenos podataka na kraćim rastojanjima (short-haul modemi). Kao
što i samo ime ukazuje koriste se za prenos podataka u onim slučjevima kada su
predajnik i prijemnik blizu jedan drugom i ne postoji potreba za korišćenjem
javne telefonske mreže.
• "Voice-grade" modemi - koriste javnu telefonsku mrežu pa su zbog toga
ograničeni na opseg od 300Hz do 3.4kHz. Maksimalna brzina prenosa kod ovih
tipova modema je 9600bps.
• "Wideband" (širokopojasni) modemi za prenos koriste namenske ili radio kanale
i mogu raditi sa brzinama od 19.2 do 230.4kbps.
Savremeni modemi su "inteligentni" i zasnivaju svoj rad na mikroprocesorskom
upravljanju. Pored mogućnosti da vrše prijem i predaju podataka, takvi modemi imaju
mogućnost da se odazivaju na komande host računara, vrše automatsko povezivanje i
prekidanje veze, i generišu pozivnu informaciju po telefonskoj liniji.
2.5. Standardi za prenos podataka
Postoji veći broj standarda koji se odnosi na prenos podataka. Razmatraćemo samo
standarde koji se odnose na fizički nivo, a koji specificiraju naponske nivoe i definiciju
signala, da bi se mogli preneti bitovi sa jednog mesta na drugo. U daljem tekstu
opisaćemo standarde RS-232, RS422, RS-423, RS-449 i RS-485. Ovi standardi su
definisani od strane EIA (Electronic Industries Association). Postoje i standardi
definisani i od strane CCITT (Comitee Consultatif International Telephonique et
Telegraphique). CCITT-ovi standardi počinju sa slovom "V", na primer V.24 je
ekvivalentan sa RS-232.
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 20 -
3. RS-232 standard
RS-232C je standard za povezivanje DTE (Data Terminal Equipment) uređaja sa DCE
(Data Communication Equipment) uređajima primenom asinhrone serijske veze
relativno malih brzina. Računar spada u DTE uređaje, dok je tipičan primer DCE
uređaja modem.
C-verzija usvojena 1969.godine. Kasnije je standard malo modifikovan i preimenovan u
EIA 232, a od 1988 u TIA-232, da bi 1997. bio usvojen danas važeći standard TIA-232-
F. Razlike u odnosu na RS-232C su uglavnom u specifikacijama vremenskih dijagrama
i promeni standardom definisanih imena nekih signala ali suštinskih razlika nema.
EIA je skraćenica za društvo pod nazivom Electronic Industries Association, koje se
1988 transformisalo u Telecommunications Industry Association (TIA).
• Asinhrona serijska veza bitske brzine do 115,2 Kbita/s (originalno, standard
dozvoljava bitske brzine do 20Kbita/s). Bitske brzine koje se danas koriste su
9,6 Kb/s 19,2Kb/s, 33,6Kb/s, 56Kb/s, 115,2Kb/s ali i veće brzine, u vezama van
standarda.
• Standard za vezu od tačke do tačke.
• Maksimalna dužina kabla puno zavisi od brzine. Po standardu, za brzinu
19,2Kb/s, dozvoljena je dužina kabla oko 15m (50ft).
• Nesimetrična veza sa naponskim signalima.
• Naponski signali mksimalnih nivoa −25V (logička jedinica - mark) i +25V
(logička nula - space) iako standard dozvoljava nivoe ±25V, danas je uobičajeno
koristiti ±12V i manje.
• Prijemnik mora da bude u stanju da sve signale na ulazu između −3V i −25V
primi kao logičku jedinicu, a sve signala između +3V i +25V kao logičku nulu.
• Standard definiše izlaznu otpornost predajnika manju od 50Ω i ulaznu otpornost
prijemnika između 3kΩ i 7kΩ uz ulaznu kapacitivnost manju od 2,5nF.
• Podržana dupleks veza.
• Standard definiše oblik rama u koji se pakuje podatak koji se prenosi. Ram se
sastoji od jednog start-bita i jednog stop-bita. U ram se pored podatka (5-8 bita)
može ubaciti još i bit parnosti.
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 21 -
Slika iznad pokazuje izgled signala na linijama za prenos podataka sa dva logička nivoa.
Logička jedinica se u literaturi označava sa mark, a logička nula space. Na slici su dva
bajta koja se prenose neposredno jedan za drugim. Stanje kada se preko linije ne prenosi
ništa se obično naziva ”idle” i u tada je na vodu logička jedinica. Start bit je logička
nula, a stop bit logička jedinica.
Slika ispod pokazuje realni signal na linijama za prenos podataka pri prenosu ASCII
koda slova ‘K’ čiji je binarni zapis 010010112. Kada se podaci ne prenose preko voda
(idle stanje), na vodu je logička jedinica (negativan napon). Prenos bajta počinje
skokom napona na liniji na pozitivan napon (start bit, koji je logička nula). Prvi bit koji
se prenosi je LSB (bit najmanje pozicione vrednosti podatka) koji logička jedinica
(negativni napon). Zatim slede ostali bit do MSB. Na kraju dolazi Stop-bit koji je
logička jedinica (negativan napon). Po završetku prenosa podatka, vod ostaje u idle
stanju – negativan napon.
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 22 -
Bit parnosti se dodaje ramu iza bita označenog sa b7 (MSB) a pre stop-bita. Bit parnosti
ubacuje predajnik kao logičku nulu ili logičku jedinicu tako da broj logičkih jedinica
među devet bita (b0 do b7 plus bit parnosti) bude paran. Ako na prijemu broj logičkih
jedinica računajući osam bita podatka i bit parnosti, nije paran, podatak je prenet
neispravno. Ta greška se naziva greška parnosti PE (parity error) Zadatak prijemnika je
da ”raspakuje” podatak. Stop bit služi uglavnom za proveru valjanosti rama. Ako na
mestu gde treba da bude stop bit prijemnik prepozna logičku nulu nešto sa prenosom
nije u redu. Takva greška se naziva greška rama FE (framing error). Prijemnik može da
detektuje još nekoliko grešaka. Treba pomenuti grešku prepumavanja OE (overrun
error) koja nastaje ako računar ne preuzme prethodni bajt kada je naredni već stigao.
Prvobitna namena ovog standarda je bila veza računara (u početku teleprintera ili
terminala) sa modemom. Modem je preko telefonske linije bio povezan sa drugim,
udaljenim, modemom za koji je takođe povezan drugi računar. Vremenom je isti
standard sve više korišćen i za direktnu vezu dva računara ili računara i neke druge
periferije. Takva veza koja zaobilazi modem i povezuje dva DTE uređaja naziva se
”null-modem” veza.
Tabela ispod prikazuje raspored signala na danas korišćenom 9-polnom konektoru.
Pored ovog konektora, standard definiše i 25-polni konektor (muški DB25) sa dodatnim
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 23 -
signalima koji se danas izuzetno retko koristi. Raspored signala se razlikuje na DTE i
DCE uređajima. Kompletni podaci, vezano za raspored i ulogu signala na 25-polnom
konektoru ili na 9-polnom DCE konektoru se mogu naći u RS-232 standardu.
Muški RS232 DB9 9-polni konektor na PC (DTE uređaj)
Pin br. Signal i smer signala
1 Carrier Detect (CD) DETEKTOVAN
NOSILAC Ulazni (ka PC)
2 Received Data (RD) PRIJEMNI SIGNAL Ulazni (ka PC)
3 Transmitted Data
(TD) PREDAJNI SIGNAL Izlazni (od PC)
4 Data Terminal Ready
(DTR) PC UKLJUČEN Izlazni (od PC)
5 Signal Ground (SG) MASA
6 Data Set Ready (DSR) MODEM UKLJUČEN Ulazni (ka PC)
7 Request To Send
(RTS) ŠALJI MI Izlazni (od PC)
8 Clear To Send (CTS) SLOBODNO SLANJE Ulazni (ka PC)
9 Ring Indicator (RI) MODEM ZVONI Ulazni (ka PC)
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 24 -
NAPOMENE: U tekstu koji sledi, zbog jednostavnosti je pretpostavljeno da je PC
povezan sa modemom iako sa druge strane veze uopšte ne mora da bude modem
(i danas je sve ređe). Prevodi imena signala nisu zvanični i namenjeni su samo internoj
upotrebi.
Podebljani signali su neophodni za prenos informacije. Standard podržava dupleks
vezu pa pored povratnog voda SG (nožica 5) postoji još RD signal (nožica 2) koji je
prijemni – (signal od nekog drugog uređaja ka PC) i TD signal (nožica 3) koji je
predajni – (signal od PC ka nekom drugom uređaju). U uređajima koji danas koriste RS-
232 pretežno se koriste samo ova tri signala. Uobičajene oznake, pored
standardizovanih (RD i TD) su Rx i Tx ili RxD i TxD.
Ostali signali se mogu podeliti u dve grupe. Jedni su namenjeni „dogovoru”
(handshake) PC i modema o tome da li su spremni za razmenu podataka, a drugi su
informacija o statusu modema. Svi signali iz obe grupe su sa negativnom logikom.
Logička nula (pozitivan napon) označava da je signal aktivan (asserted), a logička
jedinica (negativan napon) označava da je signal neaktivan (deasserted)
Signale za dogovor (handshake) čine dva para signala. Jedan je DTR i DSR, a drugi
CTS i RTS.Signalom DTR računar obaveštava modem da je uključen (ovaj signal
postaje aktivan čim se PC uključi). S druge strane, modem šalje računaru informaciju da
je uključen i u stanju da uspostavi komunikaciju,tako što signal DSR postavi na aktivni
nivo (logička nula - pozitivan napon). Preciznije, za aktiviranje DSR signala potrebno je
da bude ispiunjeno još nekoliko uslova, detalji se mogu pronaći u standardu.
• DTR definiše računar. Pozitivan napon na DTR znači da je računar uključen.
• DSR definiše modem. Pozitivan napon na DSR znači da je modem uključen i u
stanju da komunicira sa drugim, udaljenim modemom preko telefonske linije.
• PC postavlja RTS signal na aktivni nivo (logička nula - pozitivan napon) kada je
spreman da nastavi da prima podatke od modema. Dakle računar nije zazuzet
obradom i traži od modema podatke, tačnije, obaveštava ga da je slobodan.
Signal sličan ovome koji šalje modem, naziva se CTS i kada modem aktivira
CTS, to je obaveštenje PC da je modem spreman da prima nove podatke,
odnosno da PC može slobodno da nastavi da ih šalje. Negativnim napon na CTS
modem traži od računara da ovaj prekine sa slanjem podataka.
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 25 -
• RTS definiše računar. Pozitivan napon na RTS znači da računar traži podatke od
modema (spreman je da ih primi).
• CTS definiše modem. Pozitivan napon na CTS znači da modem traži podatke od
računara (modem obaveštava računar da računar može slobodno da nastavi sa
slanjem podataka)
• CD i RI su signali statusa modema. Kada modem aktivira CI signal (postavi
logičku nulu – pozitivan napon) on time obaveštava PC da je uspostavio vezu
preko telefonske linije sa drugim, udaljenim, modemom. Modem određuje i
stanje RI signala. On aktivira RI signal (postavlja logičku nulu – pozitivan
napon) kad želi da obavesti PC da telefon u modemu zvoni (to jest da drugi,
udaljeni, modem traži uspostavu veze sa njim).
3.1. Podržane vrste ramova i njihove oznake Prijemnik mora da „zna” bitsku brzinu predajnika kao i oblik rama. Za oznaku vrste
rama koriste se tri znaka. Prvi je broj bita podatka (5,7 ili 8), drugi je oznaka kakav se
bit patrnosti koristi (N, E, O, M ili S), i treći je broj stop-bita (1, 2 ili 1.5). Što se tiče
parnosti, standard dozvoljava da se bit parnosti ne koristi (označeno sa N), da se koristi
„parna” parnost – broj logičkih jedinica paran (označeno sa E), zatim „neparna” parnost
– broj logičkih jedinica neparan (označeno sa O), da na mestu bita parnosti uvek bude
logička jedinica (označeno sa M) ili da na mestu bita parnosti uvek bude logička nula
(označeno sa O). Na primer, danas najviše korišćen oblik rama sa 8 bita podatka, bez
bita parnosti i sa jednim stop-bitom, bi nosio oznaku 8N1, dok bi ram 7E1 označavao
ram sa sedmobitnim podatkom, bitom parne parnosti i jednim stop-bitom.
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 26 -
3.2. Hardver koji podržava RS-232
Postoji hardver koji rešava probleme pakovanja rama na predaji, raspakivanja na
prijemu, proveru parnosti, generisavnja takta i mnogo toga drugog. Danas se takvi
uređaji uglavnom nazivaju UART (universal asynchronous receiver / transmitter) mada
ima i drugih naziva (ACIA, SPI, SCP). Ovaj sklop se povezuje jednostavno na
magistralu računara, a sa softverske strane se ponaša kao niz registara za razmenu
podataka, kontrolnih i statusnih informacija. Svakako najpopularniji UART je 16550A
čip kompanije National Semiconductor iz osamdesetih godina. Iako postoji puno novijih
i savremenijih čipova, većina njih se trudi da zadrži kompatibilnost sa 16550, možda
zbog toga što je UART u PC realizovan sa njim.
Skoro svi današnji mikrokontroleri na sebi imaju bar jedan UART, bilo samo sa TD i
RD signalom (bez mogućnosti dogovora handshake), bilo sa kompletnim setom RS-
232C signala.
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 27 -
UART čipovi, nažalost, realizuju serijsku komunikaciju ali na TTL logičkim nivoima
(0V - logička nula, 5V - logička jedinica). Da bi se ostvarila komunikacija sa drugim
uređajima koji poštuju RS232C standard, neophodno je konvertovati ove logičke nivoe
na nivoe definisane RS232C standardom gde za pouzdanu komunikaciju logička nula
treba da bude bar desetak volti, a logička jedinica minus desetak volti. Do pojave danas
najpopularnijeg čipa za ovu konverziju nivoa (MAX232), taj zadatak je bio noćna mora
za hardveraše jer je bilo nužno obezbediti dva nova naponska nivoa, +12V i -12V što je
zahtevalo dva nova ispravljača, stabilizatora, izvod na transformatoru... samo za ovu
namenu. MAX232, kompanije Maxim se napaja samo naponom logike 5V (danas
postoji i za 3,3V) a u sebi ima oscilator, podizač napona i translator nivoa za . Ovo kolo
zahteva samo četiri spoljašnja kondenzatora. Iako danas postoje mnogi drugi,
savremeniji pa i jednostavniji translatori nivoa, MAX232 i MAX3232 (sa 3,3V
napajanja) i njihovi klonovi su i dalje najzastupljeniji.
Jasno je da se serijska komunikacija može ostvariti i na TTL nivoima i to se često radi
kada se povezuju dva mikrokontrolera koji imaju UART. Na kraćim rastojanjima (do
1m), veza je pouzdana i na brzinama do 1Mb/s
Veze prema nekim od sajtova koji se bave RS-232 standardom:
http://www.camiresearch.com/Data_Com_Basics/RS-232_standard.html
http://www.lammertbies.nl/comm/info/RS-232.html
http://en.wikipedia.org/wiki/RS-232
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 28 -
3.3. RS-232C
RS-232C je najčešće korišćeni standard za rad na kraćim rastojanjima i srednjim
brzinama. Slovo C označava da je to treća verzija početno predloženog standarda, a RS
se odnosi na "Recommanded Standard". Kao što je prikazano na slici 7.16, prvobitno je
RS-232C bio namenjen za prenos podataka između uređaja tipa DTE (Data Terminal
Equipment kao što je računar) i uređaja tipa DCE (Data Communication Equipment kao
što je modem).
Sl. 7.16. Standardna RS-232 konfiguracija: terminal priključen na računar preko
modema i telefonske linije.
RS-232C je kako električki tako i funkcionalni standard; on specificira kako električne
nivoe signala pomoću kojih se predstavlja 0 i 1, tako i funkciju svakog signala u
interfejsu. U Tabeli 7.1 prikazane su osnovne električne karakteristike standarda RS-
232C, RS-423A, RS-422A i RS-485.
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 29 -
Tab. 1. Električne karakteristike uobičajenih EIA standarda.
Specifikacija RS-232C RS-423A RS-422A RS-485
Režim rada Balansirani Balansirani Nebalansirani Nebalansirani
Br.drajvera i
prijemnika dozvoljenih
po jednoj liniji
1 drajver, 1
prijemnik
1 drajver, 10
prijemnika
1 drajver, 10
prijemnika
32 drajver, 32
prijemnika
Maksimalna dužina
kabla
50 ft 4000 ft 4000ft 4000 ft
Maksimalna brsina
prenosa
20 kbps 100kbps 10 Mbps 10 Mbps
Maksimalni napon pod
proizvoljni uslovima
±25V ±6V -0.25 do 6V -7 do 12V
Izlazni signal drajvera:
Minimum
Maksimum
±5V
±15V
±3.6V
±6V
±2V
±5V
±1.5V
±5V
Opterećenje drajvera 3 do 7kΩ 450Ω min 100Ω min 54Ω min
Maksimalna izlazna
struja drajvera
(stanje visoke
impendanse):
Napajanje uključeno:
Napajnje isključeno:
NA
Vmax
/300Ω
NA
±100μA
NA
±100μA
±100μA
±100μA
Nagib uzlazne ivice
izlaznog signala
30V/μs max * NA NA
Opseg ulaznog napona
prijemnika
±15V ±12V ±7V -7 do 12V
Osetljivost ulaza
prijemnika
±3V ±200mV ±200mV ±200mV
Ulazna otpornost
prijemnika
3 do 7kΩ 4kΩ min 4kΩ min 12kΩ min
* minimumum zavisi od brzine prenosa, maksimum nije specificiran
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 30 -
Signali su nebalansirani (takođe nazvani nesimetrični ili single-ended) nasuprot
balansiranim (nazvani simetričnim ili diferencijalnim), što znači da je za prenos svakog
signala potrebna samo po jedna veza a zajednička za sve je masa. Električni nivoi koji
se koriste kod RS-232C, a odnose se na predajnik i prijemnik, prikazani su na slici 17.
Sl. 17. Nivoi signala kod RS-232. Margina šuma obuhvata marginu za
rezistivni pad napona u kablu.
Različiti drajveri i prijemnici kao integrisana kola se koriste za konverziju TTL nivoa u
RS-232, i obrnuto. Najčešće korišćeni par je 1488 četvorostruki drajver i 1489
četvorostruki prijemnik. Na slici 18 prikazan je izgled integrisanih kola 1488 i 1489
(misli se na raspored i funkciju pinova).
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 31 -
Sl. 7.18. Levo je raspored pinova kod 1488 RS-232 četvorostrukog drajvera
IC, a desno je raspored pinova kod 1489 četvorostrukog RS-232 prijemnika
IC.
Direktna veza između predajnika i prijemnika RS-232C standarda, koristeći kola 1488 i
1489, ostvaruje se na način prikazan na slici 19.
Sl. 19. Veza za prenos podataka kod RS-232 interfejsa.
1488 translira TTL nivoe u RS-232C nivoe, a 1489 ih ponovo konvertuje u TTL. Veza
za masu je zajednička za veći broj signala.
Pored specifikacije električnih aspekata RS-232 standardom se specificiraju i funkcije i
brojevi pinova grupe signala koji čine kompletni interfejs. U Tabeli 2 prikazani su ovi
signali.
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 32 -
Tab.2. Signali RS-232 interfejsa.
Broj
pina
CCITT EIA Opis
Smer
(DTE<->DCE)
1
AA uzemljenje
2
BA TxD TRANSMIT DATA
(Prenos podataka)
3
BB RxD RECEIVE DATA
(Prijem podataka)
4
CA RTS REQUEST TO SEND
(Zahtev za slanje)
5
CB CTS CLEAR TO SEND (Briši
za slanje)
6
CC DSR DATA SET READY
(Spremnost podataka)
7
AB signal gnd
8
CF DCD DATA CARRIER
DETECT (Detekcija
nosača podataka)
9
- (test)
10
- (test)
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 33 -
11
-
(nedodeljeno) SECONDERY DCD
(Sekundarni DCD)
12
SCF sec DCD
13
SCB sec CTS
14
SBA sec TxD
15
DB Tx sig timing TRANSMITER SIGNAL
ELEMENT TIMING
(Tajming elementa
prenosnog signala)
16
SBB sec RxD
17
DD Rx sig timing RECEIVER SIGNAL
ELEMENT TIMING
(Tajming elementa
signala prijemika)
18
- (nedodeljen)
19
SCA sec RTS
20
CD DTR DATA TERMINAL
READY (Spremnost
terminala podataka)
21
CG sig quality det SIGNAL QUALITY
DETECT (Detekcija
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 34 -
kvaliteta signala)
22
CE Ring RING INDIKATOR
23
CH(CI) Data sig rate DATA SIGNAL RATE
SELECTOR (Selektor
brzine signala za prenos
podataka)
24
DA Tx sig timing TRANSMITER SIGNAL
ELEMENT TIMING
(Tajming elementa
prenosnog signala)
25
- (nedodeljen)
Konektor D tipa
Numerisanje signala odgovara 25-pinskom konektoru tipa D. Evidentno je da RS-232C
podržava komunikacije tipa potpuni dupleks. Linije 2 i 3 se koriste za predaju (TxD) i
prijem (RxD). Signali koji se u komunikacijama često koriste su DSR, DTR, RTS i
CTS. Za ove signale kažemo da su tipa "handshake". RTS (Request To Send) šalje se od
strane DTE-e (računar ili terminal) ka DCE-u (modem) sa ciljem da se DCE pripremi za
prenos. DSR (Data Set Ready) se koristi da ukaže na status lokalnog DCE-a. Kada DTE
želi da predaje on prvo aktivira RTS (Request To Send), a zatim čeka na potvrdu
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 35 -
testiranjem stanja na liniji CTS (Clear To Send). Ovi signali se koriste kod poludupleks
modema za upravljanje smerom predaje. DTE (računar ili terminal) aktivira signal RTS
kada želi da predaje, a shodno izdatom zahtevu DCE (modem) obrće smer
komunikacionog kanala. Kada je modem spreman za predaju, kao pozitivnu potvrdu na
izdati zahtev, aktivira signal CTS pa DTE tada može da počne sa predajom. Kod
potpunog dupleksa linije RTS i CTS se često međusobno povezuju u kablu na strani
DCE-a, tako da se CTS automatski potvrđuje kada je RTS aktivirano.
Interakcija između DSR, DTR, RTS i CTS prikazana je na slici 20.
Sl. 20. Interakcija između signala DSR, DTR, RTS i CTS.
Standard RS-232C ne garantuje da se bilo koja dva uređaja koja koriste ovaj standard
mogu direktno povezati. Kao prvo, za uspešan rad jedan od uređaja mora se
konfigurisati kao DTE, a drugi kao DCE. Na primer pin TxD je izlaz iz DTE-a, a ulaz u
DCE. Ako se izvrši povezivanje dva uređaja istog tipa DTE (ili DCE) oba će predavati
na istoj liniji tako da interfejs neće raditi (ovo nije slučaj kada se obavlja povezivanje
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 36 -
uređaja tipa DTE i DCE, na primer računar i modem). Rešenje za povezivanje dva
uređaja, pri čemu su oba konfigurisana da budu istog tipa, može se naći ako se izvrši
ukrštanje odgovarajućih parova signala u kablu za povezivanje. Na slici 21 prikazan je
način povezivanja, često nazvan "null modem", kod koga oba uređaja smatraju da su
povezani sa modemom.
Sl. 7.21. Kabl null modema.
Drugi problem koji se javlja kod korišćenja RS-232C interfejsa je odsustvo podrške
rada "handshake" signalima (RTS, CTS, DTR i DSR) kao i signala DCD (DCD - Data
Carrier Detect je izlazni signal iz modema koji ukazuje da je modem primio od strane
drugog modema tonski nosilac). U ovim situacijama mogu nastati problemi, ako računar
čeka na potvrdu signala na "handshake" liniji pre nego što počne sa slanjem. Problem se
može rešiti povezivanjem signala u kablu kao što je prikazano na slici 22 na DTE i DCE
strani. Na ovaj način oba uređaja primaju potrebne "handshake" signale i pored toga što
ih drugi uređaj ne generiše.
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 37 -
Sl. 22. Povezivanje RS-232 kabla za ignorisanje handshake signala.
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 38 -
Sl. 23. Tipične primene RS-232 interfejsa.
Na slici 23 prikazane su neke tipične aplikacije RS-232C. Prva veza računar↔modem
je standardna, a ostale dve računar↔terminal i računar↔štampač nisu. Najveći broj
interfejs problema može se rešiti izradom specijalnih kablova. Postoje takođe i
specijalne kutije koje omogućavaju da se koriste kratkospojnici kojima se ostvaruje
proizvoljno povezivanje. Postoje takođe i "pametni" kablovi, koji konfigurišu svoje
ulaze i izlaze u saglasnosti sa signalima koji se primaju na konektoru. Drugo korisno
sredstvo za rešavanje problema kod RS-232C je "gender changer" koji konvertuje
muški konektor u ženski i obrnuto.
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 39 -
4. USB – (Universal Serial Bus)
Uz Ethernet, danas svakako najzastupljeniji vid serijske komunikacije. Standard je
počeo da se razvija 1994. sa idejom da zameni većinu postojećih priključaka za
komunikaciju na računarima opšte namene pa i RS 232 standard. Prvi standard je
usvojen januara 1996. kao USB1.0 da bi septembra 1998 bio neznatno dopunjen
standardom USB1.1. Ovi standardi definišu samo dve brzine serijskog prenosa: mala
brzina 1.5 Mbit/s - LS (Low-Speed) i puna brzina 12 Mbit/s - FS (Full-Speed). Zamisao
je bila da mala brzina pokrije svu komunikaciju ka tastaturama, miševima, sporim
periferijama, a da se puna brzina koristi za konunikaciju sa bržim štampačima,
crtačima… Tada, USB nije imao za cilj komunikaciju sa najbržim periferijama kao što
je prenos grafičkih podataka u realnom vremenu (on-line) ili video i audio oprema. Za
vezu sa tako brzim periferijama bio je zamišljen standard IEEE 1394 koji se razvijao
nekako paralelno sa USB.
Ogromna popularnost koju je stekao ovaj standard, ponajviše zahvaljujući dobroj
koncepciji i jednostavnosti korišćenja (iako su i protokol i sam standard veoma
kompleksni), aprila 2000. pjavljuje se USB2.0 koji uvodi još jednu brzinu komunikacije
koja se naziva velika brzina HS (High-Speed) od čak 480 Mbit/s koji omogućuje
potpunu kompatibilnost uređaja velike brzine sa uređajima pune brzine. Pojavom ovog
standarda naglo je porasla ionako velika popularnost USB i pojavu niza dopuna sve do
septembra 2007. Ciljna grupa konunikacija preko USB se proširila naročito na polju
spoljašnjih masovnih memorija, hard diskova, DVD uređaja i fleš-memorija (u prodaji
postoji USB fleš-memorija kapaciteta 240GBajta na privesku za ključeve).
Septembra 2007. je najavljen i demonstriran USB3.0 sa brzinom prenosa od 4.8 Gbita/s.
Standard je objavljen krajem 2008. godine, a prvi uredjaji su se pojavili početkom 2010.
Intel i AMD planiraju punu implementaciju USB 3.0 standarda u svoje čipsete u 2011.
dok se značajan udeo na tržištu očekuje 2013. godine.
Standard predviđa sumetrični asinhroni prenos preko upredene parice. Dužina kabla
između pojedinih tačaka je ograničena na 5m. U komunikaciji uvek mora da postoji
jedan domaćin (host) i do 128 uređaja-članova (devices). Izuzetak je jedino dvosmerni,
takozvani on-the-go USB kod koga svaki uređaj ima delimične funkcije i domaćina i
člana kako bi se mogli povezivati bez prisustva PC. Uloga domaćina je najčešće
rezervisana za računar opšte namene i softver koji podržava protokol sa strane domaćina
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 40 -
je neuporedivo složeniji u odnosu na stranu uređaja. Postoje jednostavni uređaji koji se
nazivaju čvorovi (hub) koji imaju jednu vezu prema domaćinu, a više veza prema
uređajima i služe za razgranavanje. Uređaji se mogu priključivati “naživo”, bez
isključenja napajanja, a domaćin prepoznaje svaki novo-priključeni uređaj uređaj i
dodeljuje mu jedinstvenu adresu. Domaćin takođe prepoznaje kojom brzinom uređaj
može da komunicira (LS, FS ili HS) i sa svakim komunicira najvećom ostvarivom
brzinom. Ograničenje brzine može da bude samo u domaćinu, uređaju-članu ili čvoru
između njih. Komunikacija je polu-dupleks s tim da uvek postoji domaćin (obično PC)
koji upravlja komunikacijom.
Signali su pakovani u standardom definisane pakete. Zavisno od klase uređaja i
zahtevane brzine protoka informacije, postoji četiri vrste paketa (handshake, token,
data, pre”packets”).
Standard definiše veći broj klasa uređaja i zahteva od domaćina da svojim softverom
prepozna i podrži svaku od ovih klasa. Do sada je standardima definisano 19 klasa
(moguće ukupno 256) tako da korisnik na isti način priključuje i štampač USB-
memoriju a domaćin prepoznaje klasu uređaja i sa njima komunicira na potpuno različit
način.
Standardizovano je samo nekoliko dozvoljenih tipova konektora sa samo četiri
kontakta. Dva kontakta su za signalne vodove i označeni su sa D+ i D-, a druga dva za
napajanje i masu. Napajanje je +5V i iz njega se može povući do 500 mA.
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 41 -
Konektor malih dimenzija, samo četiri žice u kablu i postojanje linija preko kojih se
priključeni uređaj može napajati iz domaćina su značajno doprineli popularnosti USB.
Danas mnogi mikrokontroleri podržavaju USB sa strane uređaja-člana, ali je podrška sa
strane domaćina neuporedivo ređa, što je razumljivo zbog kompleksnosti softvera koji
domaćin mora da poseduje. Sa strane uređaja-članova postoje popularni FTDI čipovi za
konverziju USB na RS-232 ili neki drugi standard. FTDI je samo jedan od mnoštva
proizvođača koji danas proizvode čipove vezane za USB.
Čipove koji podržavaju stranu domaćina prozvodi, na primer, NXP, bivši Filips (ISP
1160) ili GHI koji u svom programu ima jednostavan čip (USBWIZ) koji se može
dodati standardnom mikrokontroleru i obezbediti USB host funkciju ili samo podršku za
USB fleš-memoriju. Skoro se pojavio i čip kompanije FTDI pod nazivom Vinculum
(veza prema PDF prezentaciji 511kb). Svi ovi čipovi u sebi već sadrže veliku većinu
neophodnih programa za podršku, jednostavni su za korišćenje i pristupačne cene.
Karakteristike ukratko:
• Asinhroni serijski prenos, sa balansiranim vodovima
(diferencijalni signali).
• Tri standardizovane bitske brzine LS(1.5 Mbita/s), FS(12
Mbita/s), HS(480 Mbita/s).
• Standard USB2.0 podržava sve tri brzine, USB1.0 i USB1.1 samo
LS i FS.
• Veza jedan domaćin (host) - više (do 127) uređaja-članova
(devices).
• Domaćin dinamički dodeljuje adresu novo-priključenom uređaju.
• Polu-dupleks komunikacija, smer uvek kontroliše domaćin.
• Uređaji priključeni na istog domaćina, mogu podržavati različite
brzine, sa svakim se komunicira maksimalnom brzinom, ako tu
brzinu podržava domaćin i čvorovi između.
• Standardizovani oblici konektora, raspored priključaka čak i
oznake na konektorima.
• Kabl sa samo četiri voda od kojih dva služe za napajanje uređaja
iz domaćina (5V, do 500mA)
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 42 -
Korisne veze:
Ukratko objašnjen USB: http://sss-mag.com/usb.html
Zvanični sajt gde se mogu pronaći standardi: http://www.usb.org
Sajt sa puno veza ka standardima, forumima...
http://www.interfacebus.com/Design_Connector_USB.html
S leva na desno: muški mikro, muški mini B tip, muški B tip, ženski A tip, muški A tip
5. Zaključak
U ovom diplomskom radu opisan je RS-232 (Recommended Standard 232) koji je
skup standarda za serijsku digitalnu komunikaciju između DTE uređaja (Data Terminal
Equipment) kao što je primer računara i DCE uređaja (Data Circuit Equipment) kao što
je modem. Uobičajeno se koristio kao serijski port računara. Standardom se definišu
električne i vremenske karakteristike signala, značenje signala, fizički oblik konektora i
raspored pinova na konektoru. Kod personalnih računara ovaj standardni interfejs je
danas zamenjen boljim standardima, kao što je USB. Još uvek se koristi za povezivanje
starijih periferija
Standardom RS-232 definisani su signali kojima se vrši prenos podataka, kontrola
prenosa i signali koji definišu signalnu masu (uzemljenje) i masu uređaja. Validni
signali su u opsegu ±3 do ±15 volti. Koristi se negativna logika za signalizaciju.
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 43 -
To znači da naponski nivoi u opsegu +3V do +15V predstavljaju logičku nulu, a signali
u opsegu -3V do -15V predstavljaju logičku jedinicu. Naponski nivoi u opsegu ±3V oko
nule predstavljaju nedefinisane signale za RS-232 logiku. Za prenos podataka koriste se
signali RxD (prijem podataka) i TxD (predaja podataka). Kontrola se vrši RTS (Request
To Send) i CTS (Clear To Send) i drugim signalima. Osnova logike povezivanja i
prenosa podataka je u sledećem: Kada računar želi da predaje podatke nekom uređaju
prvo postavlja signal RTS - zahtev za slanje, a podaci će biti preneseni samo kada
uređaj odgovori sa CTS signalom – spreman za prijem. Ovo su elementi jednostavnog
handshaking protokola za razmenu podataka. Razlikuju se 25-pinski i 9-pinski
konektori pod oznakom DB. Standardno, na računarima kao DTE uređajima su muški
konektori, a na DCE uređajima su ženski konektori. DTE se povezuje sa DCE uređajem
produžnim RS-232 kablom. Za povezivanje dva DTE uređaja koristi se ukršteni RS-232
kabl (ukršteni su prijem i predaja i odgovarajući kontrolni signali).
Iako danas USB tehnologija zamenjuje RS-232 serijsku vezu, za potrebe prenosa
podataka na udaljenu lokaciju preko modemske veze, RS-232 još uvek pruža
jednostavno i efikasno rešenje.
S obzirom da su svi signali unipolarni, to jest referenciraju se na jedan zajednički
povratni vod GND, smanjuje se broj potrebnih žica u kablovima i pojednostavljuju se
sklopovi, ali se povećava osetljivost na smetnje. Stoga je moguće koristiti i duže
kablove, ali se tada treba smanjiti brzina prenosa, da bi se smanjile greške u penosu.
I obratno, moguće je ostvariti prenos i većim brzinama, ali trebati smanjiti dužinu
kabla.
Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R
- 44 -
6. Literatura
• Predavanja, Skripte za učenje PMF Niš
• Predavanje O nekim standardima komunikacije Milan Mijalkovi ć VŠEIRSS Beograd
• RS-232 komunikacija Mitar simić EF Sarajevo
• Wikipedia
• Internet
Recommended