Normy pre rozhrania fyzickej vrstvy

Postupom času sa niektoré firemné komunikačné rozhrania rozšírili natoľko, že sa stali svetovo uznávaným štandardom. Väčšina amerických noriem je označená ako RS (Recommended Standard) alebo EIA a má svoj ekvivalent ako norma IEC/ISO. Normy pre komunikácie vydáva aj CCITT. V súčasnosti sa často stretneme s európskymi normami, majú označenie EN, slovenské normy zasa STN.


Parameter RS – 232 - E RS – 423 - A RS – 422 - A RS – 485
CCITT
V.24 + V.28
CCITT
V.10 (X.26)
CCITT
V.11 (X.27)
ISO 8482
Vedenie nesymetrické nesymetrické symetrické symetrické
Konfigurácia 1 Vysielač
1 Prijímač
1 Vysielač
10 Prijímačov
1 Vysielač
10 Prijímačov
32 Vysielačov
32 Prijímačov
Max. dĺžka [m] 15 1200 1200 1200
Max. rýchlosť [Kbps] 20 100 10 000 10 000
Výstupné napätia [V] ± 5 - 15 ± 3,6 - 6 ± 2 - 5 ± 1,5 - 5
Vstupná citlivosť [V] ±3 ±0,2 ±0,2 ±0,2
Impedancia ved. [Ω] 3k - 7k min 450 min 100 min 60
Max. napätie [V] ± 25 ± 6 ± 6 ± 12
Vstupný odpor [Ω] 3 - 7 4 4 12
  1. Porovnávacia tabuľka.

Nesymetrické vedenia – EIA-232-E

Toto rozhranie je pravdepodobne najznámejšie, najmä preto, lebo je implementované na všetkých osobných počítačoch IBM-PC. Používame ho bežne na prenos údajov medzi dvoma počítačmi, cez toto rozhranie je pripojená aj myš, alebo modem spájajúci počítač s Internetom. Je definované americkou normou ANSI EIA-232 (The Interface Between Data Terminal Equipment and Data Circuit-Terminating Equipment Employing Serial Binary Data Interchange) z roku 1962(!). Je definované aj v normách CCITT V.24 a V.28.

Jeho životaschopnosť dokazuje fakt, že norma prešla niekoľkými revíziami a používa sa dodnes. Posledná revízia je z júla 1991 a nesie označenie EIA-232-E. V nej sa pôvodne udávaná maximálna dĺžka vedenia 15 m zmenila na maximálnu kapacitu kábla 2500 pF. Rôzne materiály ovplyvňujú kapacitu vedení, takže prakticky je možné komunikovať na vzdialenosti 10 – 30 m, pri nižších rýchlostiach i viac.

Základnými pojmami v tejto norme sú zariadenia DTE – Data Terminal Equipment a DCE – Data Circuit-Terminating Equipment. Typický príklad DTE je počítač, DCE je modem.

RS-232 je nesymetrický prenosový kanál s prenosovými rýchlosťami 600, 1200, 2400, 4800, 9600, až 38,4 Kbps. Skutočná dosiahnuteľná rýchlosť závisí od dĺžky vedenia i podmienkach. Kvôli presluchom (crosstalks) a ich minimalizácii je stanovená maximálna strmosť hrán 30 V/s (3% dĺžky bi­tového intervalu). Definovaná impedancia medzi vysielačom a prijímačom je 3 – 7 k. Maximálne prípustné napätie na linke je 25 V.

  1. Napäťové úrovne rozhrania RS-232 (T – vysielač, transmitter, R – prijímač, receiver).

Ako konektor pre toto rozhranie sa používa 25 pinový konektor typu D sub (Cannon), pričom na DTE (počítač) je vidlica („samček“), modem má zá­suvku.

  1. Vidlica a zásuvka D-sub 25 pre DTE a DCE, vidlica D-9 pre DTE.

Norma definuje 43 rôznych signálov, ktoré sú rozdelené do štyroch skupín:

Označenie signálov a ich rozloženie na 25-pinovom konektore je v tabuľke 2.2. Norma definuje komunikáciu cez tzv. primárny aj sekundárny kanál, vrátane plného handshakingu (potvrdzovania).

Cannon

Názov

CCITTV.24

Smer

počítač – modem

Popis a funkcia

DB25

DB9

1


GND

101

Cable Shield

Tienenie, ochranná zem

2

3

TXD

103

Transmitted Data

Vysielané údaje

3

2

RXD

104

Received Data

Prijímané údaje

4

7

RTS

105

Request to Send

Výzva na vysielanie údajov

5

8

CTS

106

Clear to Send

DCE pripravený prijať a odvysielať údaje

6

6

DSR

107

Data Set Ready

DCE je pripravený uskutočniť spojenie

7

5

GND

102

Signal Ground

Signálová zem

8

1

DCD

109

Data Carrier Detect

úroveň signálu je v predpísaných medziach

9,10


-


-

Rezervované

11


STF

126

Select Transmitt Channel

Voľba vysielacej modulačnej frekvencie

12


S.CD

122

Secondary Carrier Detect

Ako DCD, pre sekundárny kanál

13


S.CTS

121

Secondary Clear to Send

Ako CTS, pre sekundárny kanál

14


S.TXD

118

Secondary Transmitted Data

Ako TxD, pre sekundárny kanál

15


TCK

114

Transmission Signal Element Timing

Časovanie prvkov vysielaného signálu

16


S.RXD

119

Secondary Received Data

Ako RxD, pre sekundárny kanál

17


RCK

115

Receiver Signal Element Timing

Časovanie prvkov prijímaného signálu

18


LL

141

Local Loop Control

Riadenie lokálnej spätnej slučky

19


S.RTS

120

Secondary Request to Send

Ako RxD, pre sekundárny kanál

20

4

DTR

108

Data Terminal Ready

DTE (počítač) je pripravený

21


RL

140

Remote Loop Control

Riadenie vzdialenej spätnej slučky

22

9

RI

125

Ring Indicator

DCE (modem) hlási, že prijíma volací signál

23


DSR

111

Data Signal Rate Selector

Voľba prenosovej rýchlosti

24


XCK

113

Transmit Signal Element Timing

Časovanie prvkov vysielaného signálu

25


TI

142

Test Indicator

Signalizácia poruchy

  1. Signály rozhrania RS-232-E (V.24)

Takýto systém však používa málokto a preto sa prakticky vždy používa len nejaká podmnožina týchto signálov. Niektoré aplikácie dokonca vystačia len s troma z nich (TxD, RxD a GND). Význam deviatich najpoužívanejších signálov tohoto rozhrania (použitých na 9-pinovom konektore) je nasle­dovný:

Received Data a Transmitted Data (RxD, TxD) je vstup, resp. výstup (vzhľadom na zariadenie) údajov v sériovom tvare. Ten sa začína štart bitom, pokračuje 5 až 8 údajovými bitmi, pričom najmenej významný bit ide prvý. Pri prenose s kontrolou pa­rity nasleduje paritný bit (párny, nepárny) a na záver jeden, jeden a pol alebo dva stop bity. Signál TxD generuje DTE a prijíma DCE. V pokojovom stave (DCD nie je nastavené) má byť na výstupe RxD logická jednotka.

Request to Send (RTS): Ak je počítač (DTE) pripravený vyslať údaje peri­férii (DCE), signál RTS sa nastaví do jednotky a periféria sa musí pripraviť na vysielanie. V poloduplexnej prevádzke sa zároveň zablokuje príjem. Keď je všetko v poriadku, DCE nastaví signál CTS a dá tak najavo pripravenosť.

Clear to Send (CTS): Týmto signálom dáva DCE najavo pripravenosť na vysielanie. Keď mu začne DTE posielať údaje, jeho úroveň sa znova zmení.

Data Set Ready (DSR): Aj tento signál nastavuje DCE a oznamuje tak, že je pripojený k telekomunikačnej linke.

Data Carrier Detect (DCD): Týmto signálom DCE indikuje, že prijíma nosný signál (carrier) zo vzdialeného zariadenia v požadovanej kvalite.

Data Terminal Ready (DTR): DTR indikuje pripravenosť počítača (DTE) prijímať dáta. Aby mohol modem (DCE) nastaviť signál DSR, musí najprv byť nastavený tento signál.

Ring Indicator (RI): Ak sa využíva aj tento signál, potom indikuje prítom­nosť vyzváňacieho signálu na strane modemu (DCE).

Realizáciu tohoto rozhrania nám uľahčujú integrované obvody, ktoré prevá­dzajú signály z a do úrovní TTL. Najstaršie obvody SN 75150/154 (Texas Instruments) a MC 1488/1489 (Motorola) vyžadovali napájanie 12 V, mo­dernejšie MAX 232 (Maxim), LT1180A (Linear Technology) už obsahujú príslušný menič a vystačia s jediným napájaním +5 V. Najmodernejšie ob­vody obsahujú celé rozhranie s príslušným počtom vstupov a výstupov pre 9-pinový konektor, napr. SN 75LV4735 (Texas Instruments).

Na tomto mieste sa zmienime ešte o obvodoch, ktoré realizujú prevod dát z paralelného tvaru na sériový. Sú to tzv. obvody UART (Universal Asynchronous Receiver and Transmitter). Takýto obvod generuje štart bit, stop bit, prevádza bajty na sériovú postupnosť bitov. Okrem toho obvykle obsahuje aj vyrovnávaciu pamäť a generuje prerušenia. Príkladom je obvod 8251 pripojiteľný k 8-bitovým mikropočítačom, alebo 8250A, príp. 16550A používaný v počítačoch IBM PC. Najmodernejšie obvody okrem obvodu UART obsahujú aj Plug and Play rozhranie pre Windows, napríklad TL16PNP550A (Texas Instruments).

Nulový modem sa často používa pri priamom prepojovaní dvoch počítačov PC káblom, bez vloženého medzičlánku (modemy, linka). Prepojovací kábel je zapojený podľa normy ISO/IEC 8481.

  1. Nulový modem pre RS-232 a 9-pinové DB konektory

Hlavnou výhodou rozhrania RS-232-E je jednoduchosť a nízka cena, nevý­hodou sú nízke rýchlosti a krátke vzdialenosti, problémy s rušením.