Rs-232 (англ. Recommended Standard 232) физический уровень для асинхронного (uart) интерфейса. Исторически имел широкое распростране - shikardos.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Rs-232 (англ. Recommended Standard 232) физический уровень для асинхронного (uart) - страница №1/1


Изм.

Лист

докум.



Подпись

Дата

Лист

ФТТ – 402.220301.2013.069.00 ПЗ



ВВЕДЕНИЕ

RS-232 (англ. Recommended Standard 232) — физический уровень для асинхронного (UART) интерфейса. Исторически имел широкое распространение в телекоммуникационном оборудовании для персональных компьютеров. В настоящее время все еще широко используется для подключения всевозможного специального оборудования к компьютерам, однако активно вытесняется интерфейсом USB.

RS-232 обеспечивает передачу данных и некоторых специальных сигналов между терминалом (англ. Data Terminal Equipment, DTE) и коммуникационным устройством (англ. Data Communications Equipment, DCE) на расстояние до 15 метров.

В данной работе будет рассмотрен подсоединение термопринтера работающего с интерфейсом RS-232.

1 Принтеры


    1. Общие сведения и история принтеров

Принтер — периферийное устройство компьютера, предназначенное для перевода текста или графики на физический носитель из электронного вида малыми тиражами (от единиц до сотен) без создания печатной формы. [3]

Впервые идеи создания устройства, напоминающего современную оргтехнику, пришла в голову пионеру вычислительной техники, Чарльзу Бэббиджу, который изобрел принтер под названием Difference Engine, который предназначался для печати таблиц для навигации, проектирования, банковского и страхового дела. Однако так и не была реализована. И только спустя 150 лет лондонский Музей Науки воссоздал машину Бэббиджа по чертежам автора. Принтер состоял из 4000 частей и весил 2,5 тонны. Собирали его 10 лет. В Советском Союзе данные устройства назывались АЦПУ. Первые принтеры напоминали собой печатающие машинки с электроприводом, у которых изображение формировалось путем удара соответствующей литеры на бумагу через красящую ленту. Один из первых высокоскоростных принтеров был создан корпорацией Remington-Rand для компьютера Univac в 1953 году. [1]

Самые первые принтеры, которые появились, были матричные. Механизм этих устройств изобрела компания Seiko Epson ещё в 1964 году. В матричных принтерах изображение создаётся благодаря печатающей головке, состоящей из комплекта иголок, которые приводятся в действие электромагнитами. Головка с иглами движется построчно вдоль листа, кроме того иголки в это время ударяют по бумаге через красящую ленту, что позволяет формировать точечное изображение.

Создание первого в мире лазерного принтера началось в 1969 году, а уже через два года появился первый образец. Однако в массовую продажу первый лазерный принтер поступил лишь только в 1977 году, который назывался Xerox 9700 Electronic Printing System. В 1993 году уже стали доступны цветные лазерные принтеры, но стоили они больше 12 тысяч долларов и купить их могли далеко не все.

Принцип струйной печати был известен ещё в начале 20-го века. В 1977 году компания Siemens первый струйный принтер, а в 1987 году был создан струйный принтер с улучшенным пьезоэлектрическим исполнительным механизмом. В 1994 году вышла в свет модель Stylus 800 от Epson, в которой использовалась головка с многоуровневым исполнительным механизмом, что давало возможность снизить потребление расходных материалов и сделать меньше размеры головки самого устройства. [2]

Принтеры классифицируют по нескольким признакам, 5 основных признака, и 1 дополнительный:

1) по принципу работы печатного механизма ;

2) по максимальному формату листа бумаги ;

3) по применению цветной печати

4) по наличию или отсутствию аппаратной поддержки Post Script (векторная графика).

5) по скорости печати ;

6) сетевые и не сетевые принтеры.

По принципу печати можно выделить 3 основных типа принтеров: матричные, струнные и лазерные (страничные) принтеры. Однако в данной работе мы будем рассматривать принтер, работающий по термическому принципу. [4]
h:\периферийные устройства\курсовой\1.gif

Рисунок 1 - Классификация принтеров

1.2 Термопринтер

Подобные принтеры так и не смогли завоевать рынок, однако их используют при печати факсов, выписок по счетам в банкоматах города или билетов на пригородные электрички. Они напоминают матричные, но иглы здесь заменены на нагревательные элементы, поэтому такому принтеру необходима особая термочувствительная бумага. История термопринтеров начиналась в 1988 году с модели IBM QuietWriter. В Советском Союзе единственной широко используемой моделью было "Электроника МС 6312" с качеством печати 160 точек на дюйм (рисунок 2). [5]



c:\documents and settings\admin\рабочий стол\comprice-printer-2.jpg

Рисунок 2 - Единственный советский

термопринтер "Электроника МС 6312"

Термопринтеры различается по ширине печати. Если раньше какого-либо единообразия здесь не наблюдалось, то в настоящее время большинство производителей выпускают печатающие термоголовки стандартных размеров. Самые распространенные размеры: 4 дюйма (101,6 мм), 6 дюймов (152,4 мм) или 8 дюймов (203,2 мм). [6]

1.3 Принцип печати термопринтера

Термопринтеры работают по принципу термической печати, заключающейся в использовании специальной термической бумаги, темнеющей под воздействием тепла. Термическая бумага представляет собой обычный бумажный лист, покрытый очень тонкой, в несколько микрон, термочувствительной пленкой. Под воздействием тепла пленка расплавляется, а красящее вещество и реагент, находившийся в твердом состоянии, вступают в реакцию. Для изменения цвета бумагу необходимо нагреть до 150-200 °С.

Изображение на бумаге формируется линейкой полупроводниковых нагревательных элементов, расположенной перпендикулярно направлению протяжки бумаги. При подаче напряжения на термоэлемент происходит нагрев соответствующего участка носителя, который под воздействием тепла темнеет. Бумага протягивается вдоль линейки термоэлементов, которые, быстро нагреваясь и остывая, оставляют в нужных местах ленты отметки. Из таких отметок построчно и складывается изображение, которое выводит принтер. Следует понимать, что от качества термобумаги будет зависеть не только качество изображения или штрих-кода, но и продолжительность эксплуатации самого принтера. [7]

c:\documents and settings\admin\рабочий стол\thermo_head_3.jpg

Рисунок 3 - Схематическое изображение печати термопринтера.

1.4 Достоинства и недостатки термопринтера

У термопринтеров много достоинств. Они отличаются очень низким уровнем эксплуатационных затрат благодаря наличию простой конструкции высокого уровня надежности. Кроме того, отсутствует необходимость в регулярном техническом обслуживании. Для эксплуатации термопринтера требуется всего один вид расходных материалов - термобумага. При этом могут использоваться как листовые, так и рулонные носители.

К достоинствам термопринтеров также стоит отнести отсутствие бумажной пыли и бесшумность работы. Они также поддерживают режим экономии чековой ленты. Шрифт на чеке легко можно сделать сколь угодно малым, а сами чеки короткими. Еще одним важным моментом, который стоит отметить, является тот факт, что получаемое на термобумаге изображение устойчиво к воздействию влаги.

Из недостатков термопринтеров стоит отметить относительно низкую по современным меркам разрешающую способность (порядка 200 dpi), а также небольшую скорость печати. Кроме того, термопринтеры позволяют получать только монохромные изображения и обладают весьма ограниченными возможностями по воспроизведению полутонов. По этой причине изображение получается черного или голубого цвета, а сфера применения термопринтеров ограничивается выводом текстовой и несложной графической информации.

Высокая надежность, низкая стоимость отпечатков и неприхотливость печатающих механизмов термических принтеров делают эти устройства идеальными в эксплуатации.



  1. Интерфейс RS-232

    1. Свойства стандарта RS-232 и его краткая история

Последовательный интерфейс RS-232, разработанный более 25 лет назад для компьютеров (в основном для их связи с модемами) до сих пор не утратил своего коммуникационного назначения. Даже сейчас, в связи с появлением множества других последовательных интерфейсов, обладающих несомненными преимуществами перед этим интерфейсом (например, интерфейсов USB, RS-485, RS-422, применяемых в компьютерах, и PC, CAN, SPI, применяемых в микроконтроллерах). Такое положение, на первый взгляд, может показаться странным, особенно из-за недостатков RS-232. Однако следует учесть, что это едва ли не единственное средство связи между компьютером и микроконтроллером, аппаратно присутствующее и в первом и во втором. Во всяком случае, косвенным подтверждением исключительности интерфейса RS-232 может служить тот факт, что в современных персональных компьютерах RS-232 интегрирован в материнскую плату. Что касается микроконтроллеров, то сейчас трудно найти такой микроконтроллер, в котором бы аппаратно не присутствовал хотя бы один интерфейс RS-232 (иногда их бывает и два).

Интерфейс RS-232 является последовательным. Это означает, что данные (информация) передаются последовательно, бит за битом по одному проводу (в отличие от параллельного интерфейса, в котором, например, каждый бит байта передается по отдельному проводу, т.е. байт передается по восьми проводам). Формат посылки — 1 байт данных и несколько управляющих бит, некоторые из которых могут отсутствовать.

Обмен информацией между компьютером и периферийным устройством по интерфейсу RS-232 двусторонний, т.е. данные могут передаваться компьютером в периферийное устройство и приниматься компьютером от периферийного устройства.

В компьютере предусмотрен специальный разъем, называемый коммуникационным (СОМ); иногда их бывает два (СОМ1 и COM2) или более. К разъему подключается кабель, соединяющий компьютер с периферийным устройством. В кабеле находятся несколько проводов, которые называют линиями интерфейса. Термин "линия" достаточно условен, так как английское слово line, которому он соответствует, имеет более широкое значение.


На практике чаще всего используются три скорости обмена:
9600, 115200 и (реже) 57600 бод. [8]

    1. Механические характеристики и разъём интерфейса RS-232

В качестве разъема для интерфейса RS-232 выбран миниатюрный разъем D-типа (D-subminiature).

  • Для терминалов (DTE) - DB25p

  • Для оконечных устройств (DCE) -DB25s

При использовании стандарта TIA/EIA 574 можно применять 9-ти штырьковые разъемы:

  • Для терминалов (DTE) - DE9p

  • Для оконечных устройств (DCE) -DE9s

pin db25 for rs-232

Рисунок 4 - Физическая реализация 25-ти контактного разъёма



c:\documents and settings\admin\рабочий стол\images.jpg

Рисунок 5 - Физическая реализация 9-ти контактного разъёма

Распишем назначения каждого контакта

Таблица 2.1. - Функции сигнальных линий интерфейса RS-232 (для 25 контактного разъёма).



Номер контакта

Сигнал

Направление

Полное название

1

FG



Основная или защитная земля

2

TD (TXD)

К DCE

Передаваемые данные

3

RD (RXD)

К DTE

Принимаемые данные

4

RTS

К DCE

Запрос передачи

5

CTS

К DTE

Сброс передачи

6

DSR

К DTE

Готовность модема

7

SG



Сигнальная земля

8

DCD

К DTE

Обнаружение несущей данных

9



К DTE

(Положительное контрольное напряжение)

10



К DTE

(Отрицательное контрольное напряжение)

11

QM

К DTE

Режим выравнивания

12

SDCD

К DTE

Обнаружение несущей вторичных данных

13

SCTS

К DTE

Вторичный сброс передачи

14

STD

К DCE

Вторичные передаваемые данные

15

TC

К DTE

Синхронизация передатчика

16

SRD

К DTE

Вторичные принимаемые данные

Продолжение таблицы 2.1.

17

RC

К DTE

Синхронизация приемника

18

DCR

К DCE

Разделенная синхронизация приемника

19

SRTS

К DCE

Вторичный запрос передачи

20

DTR

К DCE

Готовность терминала

21

SQ

К DTE

Качество сигнала

22

RI

К DTE

Индикатор звонка

23



К DCE

(Селектор скорости данных)

24

TC

К DCE

Внешняя синхронизация передатчика

25



К DCE

(Занятость)

Таблица 2.2. - Функции сигнальных линий интерфейса RS-232 (для 9 контактного разъёма).



Номер контакта

Сигнал

Направление

Описание

1

CD

К DCE

Обнаружена несущая

2

RXD

К DCE

Принимаемые данные

3

TXD

К DTE

Передаваемые данные

4

DTR

К DTE

Хост готов

5

GND

-

Общий провод

6

DSR

К DCE

Устройство готово

7

RTS

К DTE

Хост готов к передаче

8

CTS

К DCE

Устройство готово к приему

9

RI

К DCE

Обнаружен вызов

Основными линиями, по которым осуществляется обмен данными, являются две: TxD — линия, по которой из компьютера передаются данные во внешнее устройство, и RxD — линия, по которой компьютером принимаются данные из внешнего устройства.

Линии DTR и RTS являются выходными. Это означает, что уровнями сигналов на этих линиях можно управлять, устанавливая биты соответствующих регистров в нуль или единицу программным способом. Линии CTS, DSR, DCD и RI являются входными. Это означает, что состояния этих линий можно проверять (т.е. выяснять, в каком состоянии — нулевом или единичном они находятся), читая соответствующие регистры состояний и выделяя соответствующие биты.

Необходимо отметить следующие свойства линий TxD и RxD.


Линия TxD является выходной. Помимо того, что по ней
передаются данные, в отсутствие передачи состоянием этой линии можно
также управлять программно, т.е. устанавливать в единичное или
нулевое состояние. Линия RxD является входной. Однако прочитать состояние этой линии (как линий CTS, DSR, DCD и RI) при отсутствии передачи нельзя.
Кроме того, заметим, что линии DTR, RTS, CTS, DSR, DCD и RI называют еще линиями квитирования (иногда модемными, так как они используются в модемах). Существует как множество алгоритмов обмена по RS232, в которых эти линии (или некоторые из них) используются, так и множество алгоритмов обмена, в которых эти линии не используются вообще (задействованы только линии RxD и TxD). [9]

    1. Протокол обмена данными

2.3.1 Режимы передачи данных

В протоколе RS-232 существуют два режима передачи данных: синхронный и асинхронный. Протокол позволяет использовать любой из методов управления совместно с любым режимом передачи. Также допускается работа без управления потоком, что подразумевает постоянную готовность хоста и устройства к приему данных, когда связь установлена (сигналы DTR и DSR установлены).

Синхронный режим передачи подразумевает непрерывный обмен данными, когда биты следуют один за другим без дополнительных пауз с заданной скоростью. Этот режим COM-портом не поддерживается.

Асинхронный режим передачи состоит в том, что каждый байт данных (и бит контроля четности, в случае его наличия) "оборачивается" синхронизирующей последовательностью из одного нулевого старт-бита и одного или нескольких единичных стоп-битов. В большинстве схем, содержащих интерфейс RS-232, данные передаются асинхронно, т.е. в виде последовательности пакета данных. Каждый пакет содержит один символ кода ASCII, причем информация в пакете достаточна для его декодирования без отдельного сигнала синхронизации.

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

Наиболее широко распространен формат, включающий в себя один стартовый бит, один бит паритета и два стоповых бита. Начало пакета данных всегда отмечает низкий уровень стартового бита. После него следует 7 бит данных символа кода ASCII. Бит четности содержит 1 или 0 так, чтобы общее число единиц в 8-битной группе было нечетным. Последним передаются два стоповых бита, представленных высоким уровнем напряжения. [10]



Рисунок 6 - Представление кода буквы А сигнальными уровнями.

2.3.2 Управление потоком данных

Для управления потоком данных (Flow Control) могут использоваться два варианта протокола — аппаратный и программный. Иногда управление потоком путают с квитированием. Квитирование (handshaking) подразумевает посылку уведомления о получении элемента, в то время как управление потоком предполагает посылку уведомления о возможности или невозможности последующего приема данных. Зачастую управление потоком основано на механизме квитирования.

Аппаратный протокол управления потоком RTS/CTS (hardware flow control) использует сигнал CTS, который позволяет остановить передачу данных, если приемник не готов к их приему (рисунок 7). Передатчик “выпускает” очередной байт только при включенной линии CTS. Байт, который уже начал передаваться, задержать сигналом CTS невозможно (это гарантирует целостность посылки). Аппаратный протокол обеспечивает самую быструю реакцию передатчика на состояние приемника. Микросхемы асинхронных приемопередатчиков имеют не менее двух регистров в приемной части — сдвигающий, для приема очередной посылки, и хранящий, из которого считывается принятый байт. Это позволяет реализовать обмен по аппаратному протоколу без потери данных.

аппаратное управление потоком

Рисунок 7 - Аппаратное управление потоком

Аппаратный протокол удобно использовать при подключении принтеров и плоттеров, если они его поддерживают. При непосредственном (без модемов) соединении двух компьютеров аппаратный протокол требует перекрестного соединения линий RTS — CTS.

При непосредственном соединении у передающего терминала должно быть обеспечено состояние “включено” на линии CTS (соединением собственных линий RTS — CTS), в противном случае передатчик будет “молчать”.

Применяемые в IBM PC приемопередатчики 8250/16450/16550 сигнал CTS аппаратно не отрабатывают, а только показывают его состояние в регистре MSR. Реализация протокола RTS/CTS возлагается на драйвер BIOS Int 14h, и называть его “аппаратным” не совсем корректно. Если же программа, пользующаяся COM-портом, взаимодействует с UART на уровне регистров (а не через BIOS), то обработкой сигнала CTS для поддержки данного протокола она занимается сама. Ряд коммуникационных программ позволяет игнорировать сигнал CTS (если не используется модем), и для них не требуется соединение входа CTS с выходом даже своего сигнала RTS. Однако существуют и иные приемопередатчики (например, 8251), в которых сигнал CTS отрабатывается аппаратно. Для них, а также для “честных” программ, использование сигнала CTS на разъемах (а то и на кабелях) обязательно.

Программный протокол управления потоком XON/XOFF предполагает наличие двунаправленного канала передачи данных. Работает протокол следующим образом: если устройство, принимающее данные, обнаруживает причины, по которым оно не может их дальше принимать, оно по обратному последовательному каналу посылает байт-символ XOFF (13h). Противоположное устройство, приняв этот символ, приостанавливает передачу. Когда принимающее устройство снова становится готовым к приему данных, оно посылает символ XON (11h), приняв который противоположное устройство возобновляет передачу. Время реакции передатчика на изменение состояния приемника по сравнению с аппаратным протоколом увеличивается, по крайней мере, на время передачи символа (XON или XOFF) плюс время реакции программы передатчика на прием символа (рисунок 8). Из этого следует, что данные без потерь могут приниматься только приемником, имеющим дополнительный буфер принимаемых данных и сигнализирующим о неготовности заблаговременно (имея в буфере свободное место).



программное управление потоком xon/xoff

Рисунок 8 - Программное управление потоком XON/XOFF

Преимущество программного протокола заключается в отсутствии необходимости передачи управляющих сигналов интерфейса — минимальный кабель для двустороннего обмена может иметь только 3 провода. Недостатком, помимо обязательного наличия буфера и большего времени реакции (снижающего общую производительность канала из-за ожидания сигнала XON), является сложность реализации полнодуплексного режима обмена. В этом случае из потока принимаемых данных должны выделяться (и обрабатываться) символы управления потоком, что ограничивает набор передаваемых символов.

Кроме этих двух распространенных стандартных протоколов, поддерживаемых и ПУ, и ОС, существуют и другие. [11]



    1. Уровни и преобразование сигналов в RS-232

Рассмотрим передачу той же букву А на языке ASCII. Используемые в интерфейсе RS-232 уровни сигналов отличаются от уровней сигналов, действующих в компьютере. Логический 0 (SPACE) представляется положительным напряжением в диапазоне от +3 до +25 В, логическая 1 (MARK) — отрицательным напряжением в диапазоне от -3 до -25 В. На рисунок 7 показан сигнал в том виде, в каком он существует на линиях TXD и RXD интерфейса RS-232. [12]

Рисунок 9 - Вид кода буквы А на сигнальных линиях TXD и RXD.


Подавляющую часть времени линия находится в состоянии ожидания, т. е. имеет уровень логической единицы (отрицательный для RS-232). Потому выбор уровней стартового и стопового бита в RS-232 не был полностью произвольным — такая комбинация уровней важна со схемотехнической точки зрения. Во- первых, в качестве преобразователя уровня удобно использовать транзистор, который инвертирует сигнал, и тогда специально об инверсии уровней думать не приходится. Во-вторых, со стороны UART, где логика обратная, стоповый бит должен иметь высокий уровень, что соответствует состоянию запертого транзистора с "открытым коллектором" (или с "открытым истоком"). Так как большую часть времени этот выходной транзистор оказывается выключен, то вывод не потребляет тока.

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

Для преобразования уровней RS-232 в стандартные логические уровни TTL обычно используют специальные микросхемы преобразователей. Однако далеко не всегда имеет смысл закладывать преобразователь уровней в схему проектируемого устройства, поскольку часто бывает так, что связь с компьютером нужна только на этапе изготовления и отладки устройства, а для конечного изделия в ней нет никакой необходимости. Логичным выходом в данной ситуации может послужить изготовление отдельного конвертера уровней RS-232 в TTL, схема одного из возможных вариантов которого приведена на рисунке 1.

http://www.rtcs.ru/images/mrs23210.gif

Рисунок 10 - Схема преобразования сигналов в RS-232

Основу предлагаемого конвертера составляет широко распространенная микросхема преобразователя уровней MAX232A фирмы Maxim (U1), которая имеет также множество аналогов других производителей (Analog Devices, LG и др.). Данная микросхема рассчитана на напряжение питания 5В и имеет встроенные удвоитель и инвертор напряжения на переключаемых конденсаторах для получения напряжений +10 В, необходимых для работы с сигналами стандарта RS-232. Для работы микросхемы требуется 4 внешних конденсатора (C1, C2, C3, C4) емкостью 0.1 мкФ, которые используются в преобразователе напряжения. Кроме того, с целью упрощения использования данного конвертера в нем предусмотрена схема питания прямо от последовательного порта, что избавляет от необходимости использования внешних источников питания. Напряжение питания 5 В создается маломощным линейным стабилизатором напряжения LM78L05 (U2), вход которого подключен к накопительному конденсатору C6. Конденсатор C6 заряжается через диод от сигнала Data Terminal Ready (DTR, четвертый контакт 9-pin разъема RS-232). Диод D1 может быть любого типа (автор использовал диод в корпусе для поверхностного монтажа, выпаянный со сгоревшей материнской платы). Для нормальной работы такого преобразователя питания требуется, чтобы большую часть времени сигнал DTR имел значение логического нуля. Это должно обеспечиваться используемой терминальной программой или программой пользователя. [13]

2.5 Характеристики сигналов RS-232 и электрические семы включения


На рисунок 9 показана эквивалентная электрическая схема при обмене последовательными данными по стандарту RS-232. Эта эквивалентная схема независима от того, где расположен генератор в DTE или DCE.
Характеристики сигнала обмена данными по стандарту RS-232 включены в международный стандарт ITU-T v.28.

interchange equivalent circuit for rs-232

Рисунок 11 - Эквивалентная электрическая схема RS-232.



  • V0- напряжение генератора при разомкнутой схеме

  • R0- общее сопротивление генератора

  • C0- общая ёмкость генератора

  • V1- напряжение между сигнальной линией и общим проводом в месте стыка.

  • CL- общая ёмкость приёмника

  • RL- общее сопротивление приёмника

  • EL- ЭДС приёмника при разомкнутой схеме

Стыком интерфейса RS-232 считается линия соединения DTE плюс кабель с DCE. То есть, соединительный кабель интерфейса входит в состав DTE.

practical representation of the inferface rs-232

Рисунок 12 - Практическая схема стыка интерфейса RS-232



Электрические характеристики приёмника сигналов.

  • RL- общее сопротивление приёмника должно находиться в пределах 3000...7000 Ом.

  • V1- напряжение на входе приёмника должно быть в пределах ±3...±15 В.

  • EL- ЭДС приёмника при разомкнутой схеме должно быть не более ±2 В.

  • CL- общая ёмкость цепей приёмника должна быть не более 2500 пФ.

  • Входной импеданс приёмника не должен быть индуктивным.

  • Электрические характеристики генератора сигналов.

  • Допускается короткое замыкание сигналов.

  • Допускается оставлять выход генератора без нагрузки.

  • V0- напряжение генератора при разомкнутой схеме должно быть не более ±25В/±15 В (RS-232/ITU-T v.28)

  • R0 и C0 для генератора не нормируются.

  • Короткое замыкание цепей генератора не должно вызывать токи величиной более 0,5А.

  • Если EL=0, то напряжение на входе приёмника должно быть V1=±5...±15 В, для любого диапазона нагрузки генератора RL=3000...7000 Ом.

  • Генератор должен быть способен работать на ёмкостную нагрузку C0 плюс 2500 пФ[10].

Уровни сигналов для стандарта RS-232.

Помимо уровней сигналов рассмотренных в п. 2.4 так же есть следующие уровни сигналов



  • Сервисный или синхронизирующий сигнал считается включенным "ON"("MARK") если V1 более +3 В.

  • Сервисный или синхронизирующий сигнал считается выключенным "OFF"("SPACE") если V1 менее -3 В.

Характеристики сигналов.

  • Все сигналы вошедшие в область перехода V1=-3В...+3В должны выйти в противоположный сигнал без повторного захода в эту область (т.е. монотонно).

  • Не допускается колебания сигнала в области перехода.

  • Сервисные и синхронизирующие сигналы должны проходить область перехода за время не более 1мс.

  • Сигналы данных должны проходить область перехода за время не более 3% от времени одиночного элемента, но не более чем за 1 мс.

  • Скорость нарастания фронта сигнала не должна превышать величины 30В за миллисекунду.

  • Ограничения первых двух пунктов не относятся к электромеханическим устройствам размыкания и замыкания цепи. [14]

2.6 Достоинства и недостатки RS-232

Достоинства RS-232:



  • Популярность — все компьютеры РС (но не Mac) оборудованы, по крайней мере, одним портом RS-232

  • Лёгкость приобретения готовых кабелей

  • Возможность применения аппаратного управления процессом передачи

  • Различные способы передачи данных

Недостатки RS-232:

  • Связь типа «точка-точка» (DTE - DCE)

  • Низкая, по современным меркам, скорость (обычно 9600 бод [бит в секунду])

  • Работает только на небольших расстояниях (до 15 м)

  • Возможны коллизии в передачи данных [15]

2.7 Аппаратная реализация СОМ портов RS-232


Для аппаратной реализации СОМ портов по стандарту RS-232 используется специализированная микросхема UART. UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter ) - универсальный асинхронный приёмо-передатчик. Микросхема i8250 установленная в IBM XT послужила началом целой серии микросхем UART, которые устанавливались на материнские платы PC.

Микросхемы UART:



  • 8250 - буфер 1 байт

  • 16450 - буфер 8 байт

  • 16550 - буфер 16 байт

  • 16650 - буфер 32 байт

  • 16750 - буфер 64 байт

  • 16850 - буфер 128 байт

  • 16950 - буфер 512 байт

  • Hayes ESP - буфер 1024 байт

Микросхемы выпускались разными фирмами производителями: Intel, National Semiconductor, Maxim и др.

Микросхема представляет собой управляемую логическую схему с буферными регистрами для приёма и передачи последовательных данных. Буферные регистры позволяют вести передачу и приём данных без участия CPU. Соответственно чем больше ёмкость буферных регистров, тем реже микросхема прерывает работу CPU. Буферные регистры устроены по принципу "очереди" (FIFO) - первым пришел, первым вышел. Получив порцию данных в передающий буферный регистр, UART начинает передавать её в сеть RS-232, одновременно он может принимать данные из сети RS-232 в приёмный буферный регистр. Программное обеспечение в любой момент может обратиться к приёмному буферу UART, тем самым освободив его для приёма следующих данных. При заполнении приёмного буфера UART может прервать работу CPU, сообщив ему о заполнении буфера. Заполнение приёмного буфера вызовет остановку приёма данных из сети RS-232, до тех пор, пока он не будет прочитан.

Рассмотрим работу UART на примере микросхемы PC16550D

pc16550d

Рисунок 13 - Стандартная схема включения UART PC16550D с микропроцессором Intel 8088

Обращение к микросхеме осуществляется через адресное пространство портов ввода-вывода CPU. Микросхема подключается к системной шине при активизации сигнала CS0, который вырабатывается при обращении CPU к заданному диапазону адресов порта. Адреса портов ввода-вывода заданы в BIOS. Обычно они имеют значения: COM1=3F8h, COM2=2F8h, COM3=3E8h, COM4=2E8h . На входы UART A0,A1,A2 подаются три младших разряда адресной шины CPU. Адрес заданный в BIOS является начальным адресом диапазона адресов (A2A1A0=000). Следовательно полный диапазон адресов для каждого порта равен 8 адресам (от A2A1A0=000 до A2A1A0=111). Например, для СОМ4 2E8h,2E9h,2EAh,2EBh,2ECh,2EDh,2EEh,2EFh.

Расстояние между начальными адресами портов равно 16, что допускает в дальнейшем использования микросхем с четырьмя начальными адресными линиями. Обращение к микросхеме по определённому адресу открывает доступ к группе регистров управления или буферных регистров приёма и передачи. CPU может записать данные в регистры UART выставив сигнал WR=0, или прочитать данные, выставив сигнал RD=0. [10]

2.8 Усовершенствования RS-232

Разработано несколько новых стандартов, направленных на устранение недостатков первоначальных спецификаций интерфейса RS-232. Среди них можно отметить интерфейс RS-422 (балансная система, допускающая импеданс линии до 50 Ом), RS-423 (небалансная система с минимальным импедансом линии 450 Ом) и RS-449 (стандарт с высокой скоростью передачи данных, в котором несколько изменены функции схем и применяется 37-контактный разъем типа D). А так же RS-485, который является довольно популярным в настоящие время.

Рассмотрим некоторые интерфейсы более подробно:

RS-485 (Recommended Standard 485 или EIA/TIA-485) - рекомендованный стандарт передачи данных по двухпроводному полудуплексному многоточечному последовательному симметричному каналу связи. Совместная разработка ассоциаций: Electronic Industries Alliance (EIA) и Telecommunications Industry Association (TIA). Стандарт описывает только физические уровни передачи сигналов (т.е. только 1-й уровень модели взаимосвязи открытых систем OSI). Стандарт не описывает программную модель обмена и протоколы обмена. RS-485 создавался для расширения физических возможностей интерфейса RS-232 по передаче двоичных данных. Приобрёл довольно широкую популярность в последние время.

Достоинства стандарта RS-485:


  • Хорошая помехоустойчивость.

  • Большая дальность связи.

  • Однополярное питание +5 В.

  • Простая реализация драйверов.

  • Возможность широковещательной передачи.

  • Многоточечность соединения.

Недостатки RS485:

  • Большое потребление энергии.

  • Отсутствие сервисных сигналов.

  • Возможность возникновения коллизий.

Электрические и временные характеристики интерфейса RS-485

  • До 32 приёмопередатчиков в одном сегменте сети.

  • Максимальная длина одного сегмента сети: 1200 метров.

  • Только один передатчик активный.

  • Максимальное количество узлов в сети — 256 с учётом магистральных усилителей.

  • Максимальная скорость до 10000 кб/cек [16]

RS-422 (Recommended Standard 422) очень схож с другим сетевым интерфейсом  RS-485. Эти интерфейсы электрически совместимы между собой, хотя и имеют некоторые различия, которые будут рассмотрены ниже.

Для симметричной передачи на большие расстояния (в отличии от RS-232, длинна которого до 15 м) используется интерфейс RS-422, для которого информативным сигналом является разница потенциалов между проводниками А и В.

В отличие от RS-485, у RS-422 присутствует по 2 приемника и передатчика. То есть устройства с таким интерфейсом могут работать в дуплексном режиме (full duplex).

Количество устройств в одном сегменте - 1 передатчик + 10 приемников. Топологии - каскадная, PTP («точка-точка», point-to-point).

Длинна сегмента  — до 1500 м. Скорость - от 10 кб/с до 10 Мб/с.

Стандарт RS-422 поддерживает только однамостерные протоколы обмена.

Также стандарт не определяет тип коннекторов для интерфейса, но чаще всего используются DB-25 и DC-37.



Описание RS-422. Технические характеристики:

  • Порог срабатывания |Ua — Ub| -  0.2 В

  • Допустимое значение синфазной помехи - от -6.8 В до +6.8 В

  • Допустимый потенциал на входах - от -7 В до +7 В

  • Минимальное сопротивление нагрузки - 100 Ом

  • Терминальные сопротивления устанавливаются на дальнем конце от передатчика

  • Ток короткого замыкания - <150 мА на Gnd [17]

RS-423 — стандарт последовательной передачи данных. Он определяется как несбалансированный (несимметричный) интерфейс (подобный RS-232) с одиночным однонаправленным драйвером для отправки и позволяет иметь до 10 получателей (подобных RS-422). Это, как правило, осуществляется в технологии интегральной схемы, а также может быть использовано для обмена последовательными двоичными сигналами между DTE и DCE. Здесь нет общей цоколёвки для RS-423. В компьютере BBC Micro использовался 5-контактный соединительный шнур. DEC широко использовали его с модифицированным модульным разъёмом. Такое иногда называли «DEC-423».

Использование общей «земли» является одним из недостатков RS-423 (и RS-232): если устройства расположены на достаточно большом расстоянии друг от друга или на отдельных питающих системах, то «земля» между ними будет уменьшаться и связь нарушается, а состояние соединения при этом довольно сложно прослеживается. В этом отношении сбалансированные последовательные соединения USB, RS-422 и RS-485 лучше, а соединение ethernet по витой паре ещё лучше, так как обеспечивается гальваническая развязка сигнала трансформатора.



  • Максимальное расстояние: до 1200 метров

  • Сетевая топология: точка-точка, Multi-dropped

  • Максимум устройств: 10 (1 драйвер и 10 получателей)

  • Режим работы: несимметричный (несбалансированный)

  • Максимальная скорость: до 10000 кб/с

  • Уровни напряжения: -6Вдо +6В (логическая единица : -4В до -6В : логический ноль : +4B до +6В )

  • Допустимые сигналы: TxD, RxD, GND [18]

2.9 Алгоритм передачи данных

Существует несколько возможных способов передачи данных по RS-232, при вариации которых будут задействованы те или иные контакты. Как было сказано выше, для подключения принтеров и плоттеров наиболее подходящий вариант использовать передачу данных с помощью аппаратного протокола управления потоком. На рисунках 14-15 представлен алгоритм работы интерфейса в таком режиме.c:\documents and settings\admin\рабочий стол\a.jpg

Рисунок 14 – Алгоритм RS-232 (начало алгоритма)

c:\documents and settings\admin\рабочий стол\b.jpg

Рисунок 15 – Алгоритм RS-232 (конец алгоритма)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении курсовой работы было рассмотрено такое периферийным устройством как термопринтер. Осуществить передачу данных между компьютером и термопринтером можно используя различные интерфейсы. Одним из самых распространенных является интерфейс RS-232. Он обладает множеством достоинств: универсален, гибок, доступен, многофункционален. А так же является довольно простым в эксплуатации. Рассмотрены различные модели и типы передачи данных, рассмотрены основные выполняемые функции интерфейса при транзакции данных. Стоит отметить, что с помощью этого интерфейса можно подключать к компьютеру и другие периферийные устройства, например, модем, плоттер, а так же можно подсоединять компьютеры между собой.



БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

  1. Виды принтеров и их идентификация // http://storusint.com/articles/sata_in.html
  2. История создания принтеров// http://neosvc.ru//статьи/72-история-создания-принтеров.html


  3. Принтер// https://ru.wikipedia.org/wiki /Принтер

  4. Принтеры и их классификация// http://comp.web-3.ru/softrev/?act=full&id_article=1441

  5. История принтеров// http://www.apostrof-print.ru/articles/news688.aspx

  6. Термотрансферный принтер// http://alltermoprint.narod.ru/

  7. Принцип работы термопринтера. Методы термической печати// http://www.plast-game.ru/articles/details/15.htm

  8. Интерфейс RS-232// http://siriust.ru/info/rs232/

  9. RS-232. Рекомендованный стандарт 232. Интерфейс между терминалом данных и передающим оборудованием линии связи, применяющий последовательный обмен двоичными данными// http://www.softelectro.ru/rs232.html

  10. Интерфейс RS-232 COM порт// http://www.denvo.ru/pub/hardware/rs-232.html

  11. Интерфейс RS-232// http://cxem.net/comp/comp47.php

  12. Стандартные интерфейсы подключения датчиков и исследовательских приборов// http://referat.ru/referats/view/16760

  13. UART и соединение с ПК// ttp://electronika-dom.ru/1156-uart-i-soedinenie-s-pk/

  14. Системотехника ЭВС, комплексы и сети // http://iu4.ru/edu/211001/sem09/shpili/shpe_ref_9sem.pdf

  15. Обмен данными и RS-232//http://www.kramer.ru/academy/courses/1101/

  16. Рекомендованный стандарт электрических характеристик генераторов и приемников для использования в балансных многоточечных системах// http://www.softelectro.ru/rs485.html

  17. Интерфейс RS-422// http://autoworks.com.ua/setevye-resheniya/interfejs-rs-422/

  18. Интерфейс RS-423// http://ru.wikipedia.org/wiki/RS-423