Serielle Datenübertragung. TeilB: Serielle Schnittstellen. Serielle Datenübertragung Minimalverkabelung

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1 TeilB: Serielle Schnittstellen Serielle Schnittstelle 20mAStromschnittstelle Serielle SchnittstelleRS 485 Serielle Datenübertragung Datenwerdennacheinander(d.h.in Serie)übertragen. Gemeintisti.d.R.bitseriell. Anwendungsbeispiele: VerbindungPC -Modem(RS232C) Infrarotschnittstelle IrDA ISDN Netzwerk überethernet Videotext Morsecode Serielle Datenübertragung Minimalverkabelung Serielle Datenübertragung Bedeutungsgleiche Normen Datenleitung Betriebserde Festzulegen: Wer sendet? Wer empfängt? Wannbeginnteine Übertragung? Was isteine'1'? Was isteine'0'? Bitrate? RS 232 C V.24 DIN ISO2110 US-amerikanische EIA Norm CCITTNorm(heute ITU Norm) DeutscheNorm InternationaleNorm EIA: ElectronicsIndustriesAssociation CCITT: ComitéConsultatifInternationalTélégrafique ettéléphonique ITU: InternationalTelecommunications Union DIN: Deutsche Industrienorm ISO: InternationalStandards Organization /TeilB/Seite 01

2 Anschlüsse Ausführung am PC Es sindzweitypengebräuchlich: 25-polig 13 9-polig 25 Buchse Buchse Stecker Stecker pol Stift/Pin 25-pol RI Signal DCD Empfangsdaten Sendedaten DTR Betriebserde DSR RTS CTS Anschlußkabel Grundregeln Datenübertragung 25-polig 9-polig Regeln: 1. WährendÜbertragungspausenhältderSender diedatenleitungauflogisch '1' Der SenderbeginntdieÜbertragungjedes Zeichens miteinem(logisch'0'). Der Senderbeendetdie Übertragung jedes Zeichens miteinervordefiniertenzahlvon s (logisch'1') /TeilB/Seite 02

3 Beispiele: log.'1' log.'0' log.'1' log.'0' Synchronisation 1Rahmen(Frame) Nutzdaten 1Rahmen (Frame) Nutzdaten 1Rahmen(Frame) Nutzdaten Synchronisation Beispiel: Übertragung von zweimal7bit,alle Bits='0': log.'1' log.'0' 1.Rahmen 2.Rahmen Synchronisation SignalpegelDatenleitung Beispiel: Übertragungvonzweimal7Bit,alleBits='1': Spannung [V] log.'1' log.'0' 1.Rahmen 2.Rahmen größer3v =log.'0' Dasgarantiert,dassderBeginndes2.Rahmens klar zuerkennenist Anstieg mind. 6V/ms undefinierter Bereich kleiner-3v=log.'1' /TeilB/Seite 03

4 Spannung [V] SignalpegelSteuerleitungen Bitraten 1Rahmen (Frame) größer3v ='ON' t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 t 9 t 10 raster undefinierterbereich kleiner -3V ='OFF' probit=t b =t-t i i-1 [s]=const Bitrate=1/t [Baud] b Bitrate [Baud] Gebräuchliche Bitraten pro Bit [µs] Verwendung Akustikkoppler Modem Fax Fax Modems nach V.34 Modems nach V.90 Maximum Standard-PC Reihenfolge der Datenbits Regel: Das niederwertigste Bitwirdals erstes übertragen. Beispiel: Übertragen werdensoll$58= b 0 b 1 b 2 b 3 b 4 b 5 b 6 b 7 log.'1' log.'0' /TeilB/Seite 04

5 Übertragungsprotokolle XON -XOFF -Protokoll GerätA: große Datenmenge schnelle Verarbeitung Datenleitung Betriebserde GerätB: kleiner Puffer langsame Verarbeitung GerätA: sendetdaten, bis esxoff empfängt; pausiert,bis eseinxon empfängt. Datenleitungen Betriebserde GerätB: SendetXOFF, wenn eseine Pausebraucht; sendetxon, wenn eswieder bereitist. GerätBsteuertden DatenflußmiteinemÜbertragungsprotokoll XON =ASCII-Code $11 XOFF=ASCII-Code $13 XstehtfürTransmission GerätA: sendetetx undwartet aufack; sendeteinen Datenblock, danach ein ETX. ETX =ASCII-Code $03 ACK =ASCII-Code $06 ETX-ACK-Protokoll Datenleitung Betriebserde ETX=EndofText ACK=Acknowledge GerätB: antwortetmit ACK,falls es bereitist; Prinzip: GerätA: sendetdaten, solange die Steuerleitung das Signal ON führt. Hardware-Handshake Datenleitung Steuerleitung 'Bereit' Betriebserde GerätB: setztdie SteuerleitungaufOFF, wenn keine Datenangenommenwerden können. Einzelheiten sind dengerätehandbüchernzu entnehmen! /TeilB/Seite 05

6 Einfache PC-PC-Kopplung Schnittstellenkonfiguration Nullmodem: Sendedaten Pin3 EmpfangsdatenPin2 Betriebserde Pin 5 1.PC EmpfangsdatenPin2 SendedatenPin 3 BetriebserdePin5 2.PC Dos: MODECOMn:baud,parity,databits,stopbits n: Schnittstellen-Nr.(1,2,3oder 4) baud: Baudrate ( ) parity: Parität(gerade,ungerade,keine,..) databits: Datenbits prorahmen(7oder 8) stopbits: Anzahls (1 oder2) Windows: Schnittstellenkonfiguration Schnittstellenkonfiguration CMD.EXE(WindowsNT4.0): MODE COMm[:] [BAUD=b] [PARITY=p][DATA=d][STOP=s] [to=on off] [xon=on off] [odsr=on off] [octs=on off][dtr=on off hs] [rts=on off hs tg][idsr=on off] m: Schnittstellen-Nr.(1,2,3oder 4) BAUD: Baudrate ( ) PARITY: Parität(gerade,ungerade,keine,..) DATA: Datenbits prorahmen(7oder 8) STOP: Anzahls (1 oder2) /TeilB/Seite 06

7 Schnittstellenkonfiguration CMD.EXE(Windows NT4.0): MODECOMm[:] [BAUD=b][PARITY=p][DATA=d][STOP=s] [to=on off] [xon=on off][odsr=on off] [octs=on off][dtr=on off hs] [rts=on off hs tg] [idsr=on off] to: xon: odsr: octs: überschreitungen verarbeiten XON -XOFF-Protokollbenutzen DSR-Handshake benutzen(beimsenden) CTS-Handshake benutzen(beim Senden) Schnittstellenkonfiguration CMD.EXE(WindowsNT4.0): MODE COMm[:] [BAUD=b] [PARITY=p][DATA=d][STOP=s] [to=on off] [xon=on off] [odsr=on off] [octs=on off][dtr=on off hs] [rts=on off hs tg][idsr=on off] dtr: rts: idsr: SignalanPinDTR festlegen SignalanPinRTSfestlegen DSR-Handshake benutzen(beim Empf.) Angaben aus derhilfedateizu Windows NT4.0, Stichwort"mode,Befehl" Schnittstellenbaustein NS16550A istfürdie RS232C-Schnittstelleneines PCs zuständig; früher ein eigenständigerbaustein; heuteim Chipsatz(Southbridge)enthalten; kann zur hardwarenahensteuerungderrs232c- Schnittstellen direktangesprochenwerden. Jede RS232C-Schnittstelle belegtachtadressen im Ein/Ausgabe-Adressraumdes Prozessors: Basisadresse $2F8 $3F $2F9 $3F9 $2FA $3FA $2FB $3FB $2FC $3FC $2FD $3FD $2FE $3FE DieachtAdressenwerdenRegister0,1,..,7genannt. Relativ zurbasisadresse $3F8 bzw.$2f8 habendie Register die gleiche Bedeutung. $2FF $3FF /TeilB/Seite 07

8 RTS-Leitung: Register4,Bit1: Pegeldes RTS-Signals Leitung führt-12 V Leitung führt+12 V port[badr+4] :=port[badr+4] and $FD; port[badr+4] :=port[badr+4] or$02; Baudrate: Register 3,Bit7:FreigabederBaudrateneinstellung Baudratenichtänderbar Baudrateänderbar port[badr+3]:=port[badr+3]and$7f; port[badr+3]:=port[badr+3]or $80; Baudrate: Register0: Kennung1 der Baudrate Register1: Kennung2 der Baudrate mögl.baudraten u.a.:50,600,1200,2400,.., port[badr+3] :=port[badr+3] or$80; port[badr+0] :=192mod256; port[badr+1] :=192div256; port[badr+3] :=port[badr+3] and $7F; Datenbits: Register 3,Bit 0und1:Einstellung derdatenbits Bit1=0, Bit1=0, Bit1=1, Bit1=1, Bit0=0 Bit0=1 Bit0=0 Bit0=1 5Datenbits 6Datenbits 7Datenbits 8Datenbits port[badr+3]:=port[badr+3]and$fc; port[badr+3]:=port[badr+3]or $03; /TeilB/Seite 08

9 s: Register3,Bit2: Einstellungder s 1 2s port[badr+3] :=port[badr+3] and $FB; port[badr+3] :=port[badr+3] or$04; Parität: Register 3,Bit3:Nutzungeines Paritätsbits keineparität mitparität port[badr+3]:=port[badr+3]and$f7; port[badr+3]:=port[badr+3]or $08; Parität: Register3,Bit4:Artder Parität ungerade Parität gerade Parität port[badr+3] :=port[badr+3] and $EF; port[badr+3] :=port[badr+3] or$10; Daten eingetroffen: Register 5,Bit0:Datenempfangenund bereit keinedaten Daten stehen bereit if (port[badr+5] and $01)=$01 then... Dieses Bitkannnurgelesen werden /TeilB/Seite 09

10 Daten abholen: Register0: Pufferder empfangnendaten varb:byte; begin if (port[badr+5]and$01)=$01then b:=port[badr+0]; end; Sendebereitschaft: Register 5,Bit5:bereitzumSenden nichtsendebereit sendebereit if (port[badr+5] and $20)=$20 then... Dieses Bitkannnurgelesen werden Daten wegschicken: Register0: Pufferder zusendenden Daten varb:byte; begin b:=chr('a'); if (port[badr+5]and$20)=$20then port[badr+0]:= b; end; Zusammenfassung Punkt-zu-PunktVerbindung; eine gemeinsame Masseleitung fürallesignale; Kabellänge begrenztübertragungsrate; (bis 15 m: Baud; bis 900m:1.200Baud) relativleichtdurch elektro-magnetische Felder zu stören /TeilB/Seite 10

11 Serielle Datenübertragung 20 ma-linienstrom-schnittstelle senden Datenleitungen senden Serielle Datenübertragung 20 ma-linienstrom-schnittstelle Galvanische TennungmitOptokopplern 20mA Optokoppler empfangen empfangen Optokopplerwandelt -Strom inlichtim Senderstromkreis, -LichtinStromim Empfängerstromkreis. Damitelektrische Entkopplungder Geräte ma-linienstrom-schnittstelle SignalpegelDatenleitungen 20 ma-linienstrom-schnittstelle Zusammenfassung Strom[mA] Übertragungsrahmen wie bei; 20 log.'1' Übertragungsprotokolle wie bei; Punkt-zu-PunktVerbindung; keine gemeinsame Masseleitung; 4 0 0mA=Leitungsunterbrechung log.'0' unempfindlichgegenüberelektro-magnetischen Störfeldern; Leitungsunterbrechungen leichterkennbar. Übertragungsraten Baud. GeringereStandardisierung /TeilB/Seite 11

12 A B Serielle Datenübertragung RS 485 (Halbduplex) Datenleitungen,als Bus ausgeführt Spannung A-B[V] 5 RS 485 (Halbduplex) SignalpegelDatenleitung größer1.5v=log.'0' Gerät A Gerät B Gerät C Signal=SpannungzwischenAundB undefinierterbereich kleiner-1.5v=log.'1' RS 485 (Halbduplex) Gleichtaktunterdrückung Datenleitungen werden paarweise verdrillt. A B Gerät A Störspannungen wirken damitaufbeideaderngleich. LeiterAgegenMasse Gerät B Leiter Bgegen Masse Gerät C... LeiterAgegenLeiterB RS 485 (Halbduplex) Zusammenfassung Übertragungsrahmen wie bei; Übertragungsprotokolle wie bei; busfähigeverbindung; keine gemeinsame Masseleitung; unempfindlichgegenüberelektro-magnetischen Störfeldern; hohe Übertragungsraten (bis 200m:500 kbaud; bis 1200m:94 kbaud) /TeilB/Seite 12

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