Комп’ютерне моделювання роботи послідовного порта

КОМП’ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ РОБОТИ

ПОСЛІДОВНОГО ПОРТА

(дипломна робота)

2007

АНОТАЦІЯ

Пояснююча записка складається з основних розділів, які пов’язані з аналізом й обґрунтуванням теми курсової роботи, призначенням і областю застосування, описом функціональних можливостей програми, вибором технічних і програмних засобів, організації вхідних та вихідних результатів, розглядом очікуваних техніко – економічних показників та списком використаних джерел літератури при розробці програмного продукту. Пояснювальна записка містить відомості про способи обміну даними через послідовні порти, протоколи передачі даних, характеристики каналів зв’язку.

ЗМІСТ

ВСТУП

1. Призначення та область застосування

2. Технічні характеристики

2.1 Постановка задачі на розробку програми

2.1.1 Протоколи послідовної передачі

2.1.2 Будова і принцип роботи послідовного порта

2.1.3 Способи керування портами у WINDOWS95 та WINDOWS XP

2.2 Опис алгоритму і функціонування програми

2.3 Опис організації вхідних та вихідних даних

2.4 Опис організації вибору технічних і програмних засобів

3. Очікувані техніко – економічні показники

Список використаних джерел

Вступ

Взаємодія комп’ютера з зовнішніми пристроями досить часто відбувається через послідовний (СОМ) порт (Serial Interface RS-232C). Послідовна передача даних дозволяє значно спростити канал зв’язку між пристроями, але одночасно приводить до ускладнення формату передачі даних. Тому для ефективного використання послідовних портів потрібно чітко розуміти принципи та формати послідовної передачі даних.

Метою пояснювальної записки є ознайомлення з принципами і форматами прийому та передачі даних через послідовний порт. Оскільки аналізувати стан бітів даних при реальній передачі через послідовний порт є досить складною задачею, тому доцільно використати програмне моделювання обміну даними.

1. Призначення та область застосування

Розроблена програма призначена для вивчення принципів передачі інформації через послідовний порт. Програма може використовуватися при вивченні матеріалів з дисципліни „Пристрої зв’язку з об’єктом”.

2. Технічні характеристики   2.1 Постановка задачі на розробку програми

При вивченні обміну даними через послідовний порт велика увага приділяється формату даних, але безпосередньо розглядати формат даних досить складно. Тому створена програма повинна забезпечувати зручне представлення даних при їх записі і зчитуванні. Враховуючи вищенаведені обставини, можна підвищити ефективність виконання лабораторної роботи з дисципліни „Пристрої зв’язку з об’єктом”, а цим самими покращити навчальний процес на кафедрі КСМ Чернівецького національного університету імені Ю. Федьковича.

Розглянемо роботу послідовного порта більш детально.

2.1.1 Протоколи послідовної передачі

Послідовний інтерфейс використовується для зв'язку двох пристроїв між собою. Дані в одну сторону передаються по одному проводу за допомогою послідовності бітів. Природно, при підключенні декількох пристроїв до комп'ютера обмін виробляється тільки з одним з цих пристроїв. Для з’єднання з боку комп’ютера використовується інтерфейс, названий СОМ-порт (COMmunication port, комунікаційний порт).

Цей порт забезпечує асинхронний обмін і реалізується на мікросхемах універсальних асинхронних прийомопередатчиків (UATR, Universal Asynch-ronous Receiver Transmitter), сумісних з сімейством і8250. Хоча стандарт RS-232C передбачає й асинхронний, і синхронний режими обміну. СОМ-порт комп’ютера підтримує тільки асинхронний режим. Для реалізації синхрон-ного обміну застосовуються спеціальні адаптери, наприклад, SDLC чи V.35.

Слово "протокол" вносить деяку плутанину. З одного боку, RS-232 і RS-485 називають протоколами, а з іншого, MODBUS, ZModem і CAN - також протоколи. Який же з них справжній? Справа в тім, що послідовний зв'язок складається з двох складових - апаратної і програмної. Стандарти RS-232, RS-485 і інші описують апаратну частину: роз’єми, призначення сигналів, рівні напруг і т.п. Друга складова - програмна реалізація протоколів, домовленість про правила передачі. І ще одне зауваження. Усі стандарти мають подвійні, а то і потрійні назви. Подвійність назв зв'язана з тим, що Міжнародний союз електрозв'язку ITU-T використовує аналогічні стандарти з назвами V.xx. І, взагалі говорячи, дві назви це ще не межа. Так, стандарту RS-232 відповідає ISO 2110, Міністерство оборони США випустило практично ідентичний стандарт Mil-Std-188C. а в нашій країні подібний стандарт уведений ДСТ 18145-81.

DTE (Data Terminal Equipment) - кінцеве устаткування, що приймає чи передає дані. У якості DTE може виступати комп’ютер, принтер, плоттер чи інше периферійне устаткування.

DCE (Data Communications Equipment) - апаратура каналу даних. Функція DCE полягає в забезпеченні можливості передачі інформації між двома чи більшим числом DTE. Для цього DCE повинно забезпечити з'єднання з DTE, з одного боку, і з каналом передачі - з іншого. Роль DCE найчастіше виконує модем, наприклад, як показано на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Повна схема з’єднання по RS-232

Рис. 1.2. З’єднання по RS-232 нуль-модемним кабелем

 а) б)

Рис. 1.3. Нуль-модемний кабель:

а − мінімальний; б − повний

Протокол RS-232

Через простоту і низькі апаратні вимоги (у порівнянні, наприклад, з паралельним інтерфейсом), послідовні інтерфейси активно використовуються в електронній промисловості. В даний час найбільш розповсюдженим є стандарт, розроблений асоціацією промислових засобів зв'язку (ТІA, Telecommunication Industry Association, http://www.tiaonline.org) і асоціацією електронної промисловості (EIA Electronic Industries Alliance, http://www.eia.org) "EIA/TIA-232-E". Більш відомий за назвою "RS-232".

Стандарт RS-232 (його офіційна назва "Interface Between Data Terminal Equipment and Data Circuit-Termination Equipment Employing Serial Binary Data Interchange") призначений для підключення апаратури, що передає чи приймає дані, до кінцевої апаратури каналів даних. Стандарт описує керуючі сигнали інтерфейсу, пересилання даних, електричний інтерфейс і типи роз’ємів.

Інтерфейс RS-232 використовується й у багатьох пристроях звичайного персонального комп'ютера, починаючи з "миші" і модему до ключів апаратного захисту. І хоча уже всі комп'ютери мають інтерфейс USB, інтерфейс RS-232 ще живий і активно застосовується.

Відповідно до стандарту RS-232, сигнал (послідовності бітів) передається напругою. Передавач і приймач є несиметричними: сигнал перелається щодо загального проводу (на відміну від симетричної передачі протоколу RS-485 чи RS-422). У табл. 1.1 приведені границі напруг для сигналів приймача і передавача. Логічному нулю на вході приймача відповідає діапазон +3...+12В, а логічній одиниці - діапазон -12...-3 В. Діапазон -3...+3 В - зона нечутливості, що забезпечує гістерезис приймача (передавача). Рівні сигналу па виходах повинні бути в діапазоні -12...-5 В для представлення логічної одиниці і +5...+ 12 В для представлення логічного нуля. Взагалі говорячи, стандарт RS-232 складається з трьох частин. Перша частина, стандарт RS-232C, була прийнята 1969 року і містить опис електричних ланцюгів і сигналів несиметричного послідовного зв'язку. Друга частина, стандарт RS-232D, прийнята в 1987 році і визначає додаткові лінії тестування, а також формально описує роз’єм DB-25. Третя частина, RS-232E, прийнята в 1991 році.

Таблиця 1.1. Межі напруг СОМ-порта (стандарт RS-232)

	Діапазон нап-руг входу приймача	Діапазон нап-руг виходу пере-давача	Стан керую-чого сигналу	Стан лінії даних
Логічний 0 Логічна 1	від –12 до -3 В від +3 до +12 В	від –12 до -5 В від +5 до +12 В	ON OFF	MARK SPACE

Інтерфейс не забезпечує гальванічної розв'язки пристроїв. Підключення і відключення інтерфейсних кабелів пристроїв з незалежним живленням повинно здійснюватись при відключеному живленні. Один із самих неприємних недоліків стандарту RS-232 - погана перєшкодозахищеність і, відповідно, короткі лінії передачі. Природно, були створені стандарти, що вирішують ці проблеми.

Протокол RS-422A

Стандарт RS-422A (інша назва ITU-T V.II) визначає електричні характерис-тики симетричного цифрового інтерфейсу. Він передбачає роботу на більш високих швидкостях (до 10 Мбіт/с) і більших відстанях (до 1000 м) в інтерфейсі DTE-DCE. Для його практичної реалізації, на відміну від RS-232, вимагаються два фізичних проводи на кожен сигнал. Реалізація симетричних ланцюгів забезпечує найкращі вихідні характеристики.

Подібно V.28, даний стандарт є простим описом електричних характеристик інтерфейсу і не визначає параметри сигналів, типи роз’ємів і протоколи керування передачею даних. Для ліній інтерфейсів RS-422A та RS-423A можуть бути використані різні провідники (чи пари провідників) того самого кабелю.

Стандарт RS-422A був розроблений разом з RS-423A і дозволяє розміщувати лінії цих інтерфейсів в одному кабелі. Він несумісний з RS-232, і взаємодія між RS-422A і RS-232 може бути забезпечена тільки за допомогою спеціального интерфейсного конвертера. Практично це повнодуплексний протокол RS-435. Прийом і передача йдуть по двох окремих парах проводів, причому на кожній парі може бути тільки по одному передавачу.

Протокол RS-423A

Стандарт RS-423A (інша назва V.6) визначає електричні характеристики несиметричного цифрового інтерфейсу. "Несиметричність" означає, що даний стандарт, подібно RS-232, для кожної лінії інтерфейсу використовує тільки один провід. Прн цьому для всіх ліній використовується єдиний загальний провід. Як і RS-422A, цей стандарт не визначає сигнали, конфігурацію виводів чи типи роз’ємів. Він містить тільки опис електричних характеристик інтерфейсу. Стандарт RS-423A передбачає максимальну швидкість передачі 100 Кбіт/с.