1. Интерфейс RS-232 (V. 24/V. 28)

1. 1. Общие сведения

Последовательные интерфейсы и, в частности, наиболее популярный их них интерфейс RS-232 нашел широкое применение в модемах. Этот стандарт соединения оборудования был разработан в'1969 г. рядом крупных промышленных корпораций и опубликован Ассоциацией электронной промышленности США (Electronic Industries Association — EIA) как вариант "С" рекомендуемого стандарта (Recommended Standard — RS) номер 232. RS-232 разработан как стандарт для соединения компьютеров и различных последовательных периферийных устройств.' Международный союз электросвязи ITU-T использует аналогичные рекомендации под названием V.24 и V.28. Министерство обороны США выпустило практически идентичный стандарт Mil-Std-188C. В нашей стране подобный стандарт введен ГОСТ 18145-81.

Модификация "D" RS-232 была принята в 1987 г. В ней определены некоторые дополнительные линии тестирования, а также в качестве наиболее предпочтительного соединителя для рассматриваемого интерфейса рекомендован разъем типа DB-25.

Самой последней модификацией является модификация "Е", принятая в июле 1991г. как стандарт EIA/TIA-232E. В данном варианте нет никаких технических изменений, которые могли бы привести к проблемам совместимости с предыдущими вариантами этого стандарта. Материал данной главы основан на спецификациях, устанавливаемых стандартом EIA/TIA-232E.

Рекомендация V.24 содержит описание линий и набора сигналов обмена между DTE и DCE. В RS-232 используются другие обозначения линий, однако линии интерфейса RS-232 и рекомендации V.24 выполняют совершенно одинаковые функции. V.24 определяет большее количество линий, чем RS-232, поскольку стандарт V.24 используется и в других интерфейсах. В этом смысле RS-232 является подмножеством V.24. Рекомендация V.24 не определяет электрические характеристики (см. V.28) или другие физические аспекты реализации, такие как тип разъема, расположение контактов, длина кабеля и скорость обмена. Технические вопросы реализации интерфейса подробно изложены в стандарте V.28.

Рекомендация V.28 определяет только электрические характеристики интерфейса V.24, обеспечивающего работу по несимметричным двухполярным линиям обмена на скоростях до 20 Кбит/с. К таким характеристикам относятся уровни используемых сигналов, емкостное сопротивление и т.д. Данная рекомендация не содержит требований к длине кабеля, типу разъемов и расположению их контактов. Поэтому рекомендация V.28 может рассматриваться как подмножество стандарта RS-232.

Стандарт RS-232 в общем случае описывает четыре интерфейсные функции:

> определение управляющих сигналов через интерфейс;

> определение формата данных пользователя, передаваемых через интерфейс;

> передачу тактовых сигналов для синхронизации потока данных;

> формирование электрических характеристик интерфейса.

3.1.2. Сигналы интерфейса RS-232

Интерфейс RS-232 является последовательным асинхронным интерфейсом. Последовательная передача означает, что данные передаются по единственной линии. Для синхронизации битам данных предшествует специальный стартовый бит, после битов данных следует бит паритета и один или два стоповых бита. Такая группа битов совместно со стартовым и стоповым битом, а также битом паритета носит название старт-стопного символа.

Каждый старт-стопный символ, как правило, содержит один информационный символ, например символ американского стандартного кода для обмена информацией ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Символы ASCII представляются семью битами. Так например, латинская буква А имеет код 1000001. Для передачи символов по интерфейсу RS-232 наибольшее распространение получил формат, включающий в себя один стартовый бит, один бит паритета и два стоповых бита. Соответствующий сигнал с уровнями ТТЛ при передаче буквы А показан на рис. 3.1, а. Начало асинхронного символа всегда отмечает низкий уровень стартового бита. После него следуют 7 бит данных символа кода ASCII. Бит паритета устанавливается в "1" или "О" так, чтобы общее число единиц в 8-ми битной группе было нечетным (нечетный паритет — нечетность) или четным (четный паритет — четность). Последними передаются два стоповых бита, представленных высоким уровнем напряжения.

Рис. 3.1. Представление кода буквы А уровнями ТТЛ (а) и на сигнальных линиях интерфейса RS-232 (б)

Часто используются национальные расширения кода ASCII, который полностью включает в себя 128 стандартных ASCII-символов и дополнительно содержит еще 128 символов с единицей в старшем бите. Среди дополнительных символов используются буквы ряда европейских алфавитов, буквы греческого алфавита, математические символы и символы псевдографики. В России наибольшее распространение получила альтернативная кодировка ASCII. Число всех символов расширенного кода ASCII равно 256 и, следовательно, каждый такой символ кодируется восьмью битами (2 =256). Удобнее передавать каждый символ расширенной кодировки в виде отдельного старт-стопного символа. Поэтому часто используется формат, состоящий из одного стартового бита, восьми информационных и одного стопового бита. При этом бит паритета не используется.

Таким образом, полный асинхронно передаваемый символ данных состоит из 10—11 бит при том, что собственно пользовательские данные состоят из 7—8 бит. Для приведенного примера старт-стопный символ, соответствующий букве А, состоит из 11 бит и записывается в виде 01000001011. Здесь используется четный паритет, поэтому девятый бит содержит 0.

Используемые в интерфейсе RS-232 уровни сигналов отличаются от уровней сигналов, действующих в модеме или компьютере. Логический О (SPACE) представляется положительным напряжением в диапазоне от +3 до +25В, а логическая 1 (MARK) — отрицательным напряжением в диапазоне от —3 до —25В. На рис. 3.1, б показан асинхронный сигнал для буквы А в том виде, в каком он присутствует на линиях TxD или RxD интерфейса RS-232.

Каждая линия интерфейса задается своим функциональным описанием. Все линии обмена сигналами между DTE и DCE, определяемые стандартом RS-232, можно разбить на четыре основные группы. Это линии данных, управления, синхронизации и линии сигнальной и защитной "земли". Все эти линии перечислены в табл. 3.1. В табл. 3.1. также приведены соответствующие обозначения стандарта V.24. Кроме того, указано направление передачи сигналов между DTE и DCE. Ниже приведем описание всех линий интерфейса RS-232.

Сигнальная "земля" (АВ).

Эта линия является общим проводом для всех электрических цепей, образуемых линиями физического интерфейса. Стандарт рекомендует присоединять этот общий провод к защитной "земле" путем внутреннего соединения в DCE. Смысл такого соединения заключается в том, что корпуса устройств оказываются заземленными через штепсельную розетку.

Защитная "земля" (АД)

Эта линия присутствует только в интерфейсе с разъемом DB-25 и предполагает соединение с корпусом устройства.

Передаваемые данные (ВА)

Сигналы, которые присутствуют на этой линии, вырабатываются местным (локальным) DTE для передачи местному DCE. Посылаемые сигналы могут быть кодами команд, управляющих работой местного DCE (АТ-команды или другие), или данными, которые местное DCE должно передать удаленному DCE-устройству.

Если DTE не передает данные, то оно удерживает эту линию в состоянии логической 1 (MARK). Это свойство можно использовать для того, чтобы отличить DTE от DCE. Согласно стандарта DTE не будет передавать данные до тех пор,, пока управляющие линии "Запрос передатчика", "Сброс передатчика", "Готовность DCE" и "Готовность DTE" не будут находится одновременно в активном (ON) состоянии.

Независимо от того, относится ли данное устройство к DTE или DCE, рассматриваемая линия всегда называется одинаково: "Передаваемые данные". Это выходная линия для DTE и входная для DCE.

Принимаемые данные (ВВ)

Таблица 3.1. Сигналы интерфейса RS-232