Интерфейсы

Последовательный интерфейс

Последовательный порт или COM-порт (произносится "ком-порт", от англ. COMmunication port ) - двунаправленный последовательный интерфейс, предназначенный для обмена байтовой информацией. Последовательный потому, что информация через него передаeтся по одному биту, бит за битом (в отличие от параллельного порта). Наиболее часто для последовательного порта персональных компьютеров используется стандарт RS-232C. Ранее последовательный порт использовался для подключения терминала, позже для сканера, модема или мыши. Сейчас он используется для соединения с источниками бесперебойного питания, для связи с аппаратными средствами разработки встраиваемых вычислительных систем.

Варианты разъeма COM-порта типа DB-9F наиболее часто используются Д-образные разъeмы: 9- и 25-контактные, (DB-9 и DB-25 соответственно). Раньше использовались также DB-31 и круглые восьмиконтактные DIN-8. Максимальная скорость передачи обычно составляет 115 200 бит/с. Стандарт на него был разработан в 1969 году.

Универсальный асинхронный приeмопередатчик ( УАПП, UART, Universal Asynchronous Receiver/Transmitter ) - вид приeмопередатчика, устройства, которое переводит данные из последовательной в параллельную форму (и обратно). UART представляет собой отдельное устройство или является частью интегральной схемы, используется для передачи данных через последовательный порт компьютера или периферийного устройства. UART часто встраивают в микроконтроллеры.

Протокол RS-232 (англ. Recommended Standard 232) -стандарт последовательной синхронной и асинхронной передачи двоичных данных между терминалом (англ. Data Terminal Equipment, DTE ) и конечным устройством (англ. Data Communications Equipment, DCE ). RS-232 - интерфейс передачи информации между двумя устройствами на расстоянии до 15 м. Информация передается по проводам с уровнями сигналов, отличающимися от стандартных 5В, для обеспечения большей устойчивости к помехам. Асинхронная передача данных осуществляется с установленной скоростью при синхронизации уровнем сигнала стартового импульса.

По структуре это обычный асинхронный последовательный протокол, то есть передающая сторона по очереди выдает в линию 0 и 1, а принимающая отслеживает их и запоминает. Данные передаются пакетами по одному байту (8 бит). Вначале передаeтся стартовый бит, противоположной полярности состоянию незанята ( idle ) линии, после чего передаeтся непосредственно полезная информация, от 5 до 8-ми бит. Увидев стартовый бит, приемник выжидает интервал T1 и считывает первый бит, потом через интервалы T2 считывает остальные информационные биты. Последний бит - стоповый бит, говорящий о том, что передача завершена.

В конце байта, перед стоп битом, может передаваться бит четности ( parity bit ) CRC (для контроля качества передачи). На практике, в зависимости от качества применяемого кабеля, требуемое расстояние передачи данных в 15 метров может не достигаться, составляя, к примеру, порядка 1,5 м на скорости 115200 бод для неэкранированного плоского или круглого кабеля. Для преодоления этого ограничения, а также возможного получения гальванической развязки между узлами, можно применить преобразователи RS-232-RS-422 (с сохранением полной программной совместимости) или RS-232-RS-485 (с определeнными программными ограничениями). При этом расстояние может быть увеличено до 1 км на скорости 921600 бод и использовании кабеля типа "витая пара" категории 3.

P - Контрольный бит - этот бит используется для правильной передачи данных. SP-используются о окончании передачи данных. Используемые биты P, SP, ST задают формат передачи данных уровня RS232C. UART - это микросхема используемая как универсальный асинхронный приемодатчик.

Соединение

DTE (Data terminal equipment) - компьютер

DCE (Data communication equipment) - периферийные устройства

а) DTE-DCE

б) DTE-DTE

Состояние устройства

• линия BUSY (занятость) сигнализирует компьютеру о том, что принтер занят;
• линия SELECT (выбор) показывает, что принтер выбран (т. е. режим online);
• линия FDXT - автоматический перевод строки;
• линия Error (ошибки) - принтер сообщает об ошибке (например, кончилась бумага);
• линия Ink - компьютер переводит принтер в то состояние, в котором он находился после включения питания (т. е. начальное состояние);
• линия Slctin - по этой линии компьютеру сообщается, готов ли принтер принимать данные - при низком уровне сигнала принтер готов принимать данные, при высоком - нет.

USB

USB (англ. Universal Serial Bus) - универсальная последовательная шина, предназначенная для подключения периферийных устройств. Шина USB представляет собой последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств.

Для подключения периферийных устройств к шине USB используется четырeхпроводный кабель, при этом два провода в дифференциальном включении используются для приeма и передачи данных, а два провода - для питания периферийного устройства. Благодаря встроенным линиям питания, USB позволяет подключать периферийные устройства без собственного источника питания (максимальная сила тока, потребляемого устройством по линиям питания шины USB, не должна превышать 500 мА).

К одному контроллеру шины USB можно подсоединить до 127 устройств через цепочку концентраторов (они используют топологию "звезда").

USB 1.0

Спецификация выпущена в ноябре 1995 года.

Технические характеристики:

• два режима передачи данных:
  • режим с высокой пропускной способностью ( Full-Speed ) - 12 Мбит/с
  • режим с низкой пропускной способностью ( Low-Speed ) - 1,5 Мбит/с
• максимальная длина кабеля для режима с высокой пропускной способностью - 3м
• максимальная длина кабеля для режима с низкой пропускной способностью - 5 м
• максимальное количество подключeнных устройств (включая размножители) - 127
• напряжение питания для периферийных устройств - 5 В
• максимальный ток, потребляемый периферийным устройством - 500 мA

USB 1.1

Спецификация выпущена в сентябре 1998 года. Исправлены проблемы и ошибки, обнаруженные в версии 1.0.

USB 2.0

Спецификация выпущена в апреле 2000 года.

Для устройств USB 2.0 регламентировано три режима работы:

1. Low-speed, 10-1500 Кбит/c (используется для интерактивных устройств: клавиатуры, мыши, джойстики)
2. Full-speed, 0,5-12 Мбит/с (аудио-, видеоустройства)
3. Hi-speed, 25-480 Мбит/с (видеоустройства, устройства хранения информации) USB OTG

USB OTG (аббр. от On-The-Go) - дальнейшее расширение спецификации USB 2.0, предназначенное для лeгкого соединения периферийных USB-устройств друг с другом без необходимости подключения к ПК. Например, цифровой фотоаппарат можно подключать к фотопринтеру напрямую, если они оба поддерживают стандарт USB OTG

USB wireless - технология USB (официальная спецификация доступна с мая 2005 года). Позволяет организовать беспроводную связь с высокой скоростью передачи информации (до 480 Мбит/с на расстоянии 3 метра и до 110 Мбит/с на расстоянии 10 метров).

USB 3.0

Финальная спецификация USB 3.0 появилась в 2008 году. Спецификации USB 3.0 разъeмы и кабели обновлeнного стандарта будут физически и функционально совместимы с USB 2.0. Кабель USB 2.0 содержит в себе четыре линии - пару для приeма/передачи данных, одну - для питания и ещe одну - для заземления. В дополнение к ним USB 3.0 добавляет пять новых линий (в результате чего кабель стал гораздо толще), однако новые контакты расположены параллельно по отношению к старым на другом контактном ряду. Скорость передачи информации до 4,8 Гбит/с - что на порядок больше 480 Мбит/с, которые может обеспечить USB 2.0. USB 3.0 может похвастаться не только более высокой скоростью передачи информации, но и увеличенной силой тока с 500 мА до 900 мА.

Кабели и разъeмы USB 1.0 и 2.0

USB Тип A - 4x12 мм,USB Тип B - 7x8 мм, USB mini A - 2x7 мм, USB mini B - 2x7 мм.

Сигналы USB передаются по двум проводам четырeхпроводного кабеля

Здесь GND - цепь "корпуса" для питания периферийных устройств, VBus - +5 В,

Недостатки USB

Хотя пиковая пропускная способность USB 2.0 составляет 480 Мбит/с (60 Мбайт/с), на практике обеспечить пропускную способность, близкую к пиковой, не удаeтся. Это объясняется достаточно большими задержками шины USB между запросом на передачу данных и собственно началом передачи. Например, шина FireWire хотя и обладает меньшей пиковой пропускной способностью 400 Мбит/с, что на 80 Мбит/с меньше, чем у USB 2.0, в реальности позволяет обеспечить большую пропускную способность для обмена данными с жeсткими дисками и другими устройствами хранения информации.