Програмування послідовного порту ОМК.

Мета роботи

Вивчення основних принципів послідовної передачі даних, будови та роботи прийомо-передавача.

 

Теоретичні відомості

При синхронній послідовній передачі даних (наприклад, у випадку інтерфейсу SPI або шини I²С) синхронізується передача окремих бітів даних з допомогою одночасної передачі передавачем тактового сигналу. При цьому особливих вимог до такого тактового сигналу у відношенні синхронізації не висувають. Так, наприклад, при використанні декількох синхронних протоколів передачі такт для узгодження повільніших пристроїв, які підключені до шини, розтягується в часі.

Синхронна послідовна передача даних застосовується, головним чином, на рівні друкованих плат, в тому числі – для обміну даними між різними інтегрованими блоками у складі схеми мікроконтролера і різними периферійними пристроями (наприклад, для обробки відеосигналу або управління звуком через шину І²С телевізійного приймача).

На відміну синхронній передачі, при асинхронній передачі даних тактовий сигнал не передається. Це висуває жорсткі вимоги до розподілу інтервалів часу в каналах передачі і прийому. По цій причині часова розгортка для систем передачі даних, що працюють в асинхронному режимі, у більшості випадків містить кварцову стабілізацію.

Головною особливістю застосування асинхронної передачі даних, як правило, являється не обмін даними у складі схеми, а комунікація між блоками, які розділені у просторі і володіють ознаками власного інтелекту. В якості прикладу можна назвати зв’язок між персональним комп’ютером і принтером, модемом, програмованим пристроєм або реєстратором даних. Оскільки асинхронна передача даних може здійснюватися на великих відстанях аж до декількох сотень метрів, її протоколи не передбачають рівнів TTL, що є нестійкими до завад.

Серед поширених стандартів асинхронної передачі даних дуже стійкий до завад струмовий інтерфейс з силою струму 20 мА, який може застосовуватися для асинхронної передачі даних зі швидкістю 9600 бод. Цей інтерфейс не нормований, але завдяки простоті застосування, знайшов широке застосування на протязі багатьох років.

З’єднання двох пристроїв тут здійснюється через замкнений прийомо-передаючий контур. На активній стороні протікає струм з силою 20 мА. Для передачі сигналів низького рівня підвід струму припиняється, а при передачі сигналу високого рівня контур залишається замкненим.

У випадку струмових інтерфейсів можливо легко реалізувати розподіл потенціалів між передаючою і приймаючою стороною через оптоелектронний пристрій, як зображено на рисунку 1, тому вони придатні для передачі даних на відстань до 1000 м.

Рис.1. Приклад передаючого контуру для струмового інтерфейсу.

Вже застарілі, але все ще широко розповсюджені інтерфейси RS232C або V.24 передають сигнали високого і низького рівня як значення напруги. При цьому на стороні приймача високому рівню TTL сигнала (+2...+5 В) виділений діапазон напруги -3...-15 В, а низькому TTL сигналу (0...+0,8 В) – діапазон напруг +3...+15 В. На стороні передавача нижня границя для компенсації втрат напруги в лінії підтягнута до +5 В і відповідно -5 В. На рис.2 зображений рівень сигналу, що допускається нормами.

Рис.2. Рівень напруги у відповідності до стандарту RS232C.

Для перетворення рівня від стандарту TTL в стандарт V.24 можна використати цілий ряд інтегральних схем. Найбільш поширеним драйверним модулем для цієї цілі являється мікросхема MAX232 компанії Maxim, яка завдяки вбудованим перетворювачам напруги використовує єдиний вид робочої напруги +5 В.

Для формування з’єднання з квитированиєм стандарт також передбачає деякі керуючі сигнали, які не застосовуються у примусовому порядку. Але вони також не повинні залишатися не підключеними, оскільки це може привести до помилкової інтерпретації у протоколі.

У простішому випадку для комунікації між двома пристроями достатньо мати просте з’єднання з допомогою трьох провідників: перехрещені передаючий і приймаючий провідники TxD і RxD, а також провідник заземлення. Не задіяні керуючі виводи можуть бути зайняті згідно рис.3.

Рис.3. Просте три провідне з’єднання між двома пристроями.

 

На практиці, по інтерфейсу RS232C не можливо досягнути швидкості передачі даних вище 19200 бод, а із-за гальванічного з’єднання і виникаючих порушень у роботі, що обумовлені струмами перехідних процесів у проводі заземлення, передачу даних на відстані більше 15-20 метрів здійснити неможливо, хоча стандарт і визначає допустиму межу в 30,5 м.