Serielle Schnittstellen

Transkript

1 Serielle Schnittstellen

2 Grundbegriffe Seriell, Parallel Synchron, Asynchron Simplex, Halbduplex, Vollduplex Baudrate, Bitrate

3 Serielle Datenübertragung Senden von Daten Bit für Bit

9 Serielle Datenübertragung Senden von Daten Bit für Bit 1 011

10 Serielle Datenübertragung Senden von Daten Bit für Bit 1 011

11 Serielle Datenübertragung Senden von Daten Bit für Bit 1011

12 Serielle Datenübertragung Senden von Daten Bit für Bit Vorteile: Geringer Kabelaufwand Leicht erweiterbar 1011

13 Serielle Datenübertragung Senden von Daten Bit für Bit Vorteile: Geringer Kabelaufwand Leicht erweiterbar Nachteile: Datenumwandlung notwendig Geringe Übertragungsraten 1011

14 Parallele Datenübertragung Senden von mehreren Bits auf ein Mal. 1011

15 Parallele Datenübertragung Senden von mehreren Bits auf ein Mal

16 Parallele Datenübertragung Senden von mehreren Bits auf ein Mal. 1011

17 Parallele Datenübertragung Senden von mehreren Bits auf ein Mal. Vorteile: Schnelle Datenübertragung Datenumwandlung nicht nötig 1011

18 Parallele Datenübertragung Senden von mehreren Bits auf ein Mal. Vorteile: Schnelle Datenübertragung Datenumwandlung nicht nötig Nachteile: Kabelaufwand Laufzeitunterschiede der Signale 1011

19 Sender ist ein Parallel/Digital-Wandler Seriell Parallele 0 Serielle Ausgabe Eingabe 1 1 Parallel 1

20 Empfänger ist ein Seriell/Parallel-Wandler Serielle Eingabe Seriell Parallel Parallele Ausgabe

21 Synchrone Datenübertragung Es gibt nur einen Taktgenerator (z.b. beim Sender) Taktleitung synchronisiert Sender und Empfänger Datenleitung Taktleitung Takt

22 Asynchrone Datenübertragung Jeder hat einen eigenen Taktgenerator Start-/Stopbit synchronisiert die beiden Takte für eine kurze Zeit Beide Takte müssen die gleiche Frequenz aufweisen! Datenleitung Takt Takt

23 Asynchrone Datenübertragung 1 Startbit Takt Takt Das Startbit ist das Signal, den Takt zu starten. Beide Takte laufen nun für kurze Zeit synchron.

24 Asynchrone Datenübertragung Takt Takt Das Startbit ist das Signal, den Takt zu starten. Beide Takte laufen nun für kurze Zeit synchron. Daten werden nun im Takt, Bit für Bit übertragen. 1

25 Asynchrone Datenübertragung 0 Stoppbit Takt Takt Das Startbit ist das Signal, den Takt zu starten. Beide Takte laufen nun für kurze Zeit synchron. Daten werden nun im Takt, Bit für Bit übertragen. Das Stoppbit markiert das Ende der Übertragung.

26 Asynchrone Datenübertragung Takt Takt Das Startbit ist das Signal, den Takt zu starten. Beide Takte laufen nun für kurze Zeit synchron. Daten werden nun im Takt, Bit für Bit übertragen. Das Stoppbit markiert das Ende der Übertragung.

27 Simplex, Halbduplex, Vollduplex

28 Simplex, Halbduplex, Vollduplex Simplex: Daten können nur in eine Richtung gesendet werden.

29 Simplex, Halbduplex, Vollduplex Simplex: Daten können nur in eine Richtung gesendet werden. Halbduplex: Daten können in beide Richtungen gesendet werden, aber nicht gleichzeitig.

30 Simplex, Halbduplex, Vollduplex Simplex: Daten können nur in eine Richtung gesendet werden. Halbduplex: Daten können in beide Richtungen gesendet werden, aber nicht gleichzeitig. Vollduplex: Daten können gleichzeitig in beide Richtungen gesendet werden.

31 Baudrate/Bitrate Ein Mass der Übertragungsgeschwindigkeit Baudrate = Signale pro sec (Einheit Baud) (Beinhaltet Daten- und Steuerbits)

32 Baudrate/Bitrate Ein Mass der Übertragungsgeschwindigkeit Baudrate = Signale pro sec (Einheit Baud) (Beinhaltet Daten- und Steuerbits) Bsp.: 9 Baud wird in 1 Sekunde übertragen

33 Baudrate/Bitrate Ein Mass der Übertragungsgeschwindigkeit Baudrate = Signale pro sec (Einheit Baud) (Beinhaltet Daten- und Steuerbits) Bsp.: 9 Baud wird in 1 Sekunde übertragen Bitrate = Bit pro sec (Einheit BPS) (Beinhaltet nur die Datenbits)

34 Baudrate/Bitrate Ein Mass der Übertragungsgeschwindigkeit Baudrate = Signale pro sec (Einheit Baud) (Beinhaltet Daten- und Steuerbits) Bsp.: 9 Baud wird in 1 Sekunde übertragen Bitrate = Bit pro sec (Einheit BPS) (Beinhaltet nur die Datenbits) Bsp.: Im obigen Beispiel haben wir eine Bitrate von 7 BPS.

35 Serielle Schnittstellen USB Firewire PS/2

36 RS232 - Schnittstelle Normung: RS232C in Amerika, V.24 in Deutschland Grundprinzipien: Daten werden bitweise (seriell) übertragen Daten werden asynchron übertragen Es werden Start- und Stoppbits eingesetzt Fehlerkorrektur durch ein Paritätsbit

37 RS232 - Schnittstelle Englische Bezeichnung DEE Daten- End- Einrichtung Deutsche Bezeichnung DÜE Daten- Übertragungs- Einrichtung

38 Elektrische Kennwerte Achtung: Datenbits werden in negativer Logik übertragen. 0 0 Positive Spannung = logische Null Negative Spannung = logische Eins 1 1

39 Elektrische Kennwerte Achtung: Datenbits werden in negativer Logik übertragen. 0 0 Positive Spannung = logische Null Negative Spannung = logische Eins Steuerbits werden aber in positiver Logik übertragen! 1 1

40 Einstellungsmöglichkeiten Baudrate: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, Baud Anzahl der Datenbits pro Datenwort Einstellung von 4 bis 8 Bits sind möglich heutiger Standard: 8 Bit pro Datenwort Paritätsbit ( 1 Paritybit pro Datenwort ) Even Parity (gerade Parität) Odd Parity (ungerade Parität) None Parity ( kein Paritätsbit ) Anzahl der Stopp-Bits 1 oder 2 Stopp-Bits

41 Datenübertragung Einstellung: 7 Bit, Even Parität 2 Stopp-Bits 0 15V RS232 0V 1-15V Abtastung 7 Bit-Datenwort

42 Zweidrahtleitung? Mit zwei Drähten können nun asynchron im Fullduplex-Betrieb Daten gesendet und empfangen werden.

43 Zweidrahtleitung? Mit zwei Drähten können nun asynchron im Fullduplex-Betrieb Daten gesendet und empfangen werden. Warum hat die RS232-Schnittstelle dann aber 9 Leitungen?

44 Kommunikationsprobleme Was passiert, wenn der Buffer des Empfänger voll ist? Sender schickt dann weiter Daten, welche verloren gehen. Woher weiß der Sender, das der Empfänger überhaupt eingeschaltet ist?

45 Kommunikationsprobleme Was passiert, wenn der Buffer des Empfänger voll ist? Sender schickt dann weiter Daten, welche verloren gehen. Woher weiß der Sender, das der Empfänger überhaupt eingeschaltet ist? Sender und Empfänger müssen die Möglichkeit besitzen, Daten über ihren aktuellen Zustand auszutauschen.

46 Software-Handshake XOn/XOff Empfänger sendet Steuerzeichen XOn (11h) / XOff(13h) XOn = Empfänger empfangsbereit XOff = Empfänger nicht empfangsbereit Daten > < XOn/XOff

47 Software-Handshake XOn/XOff Empfänger sendet Steuerzeichen XOn (11h) / XOff(13h) XOn = Empfänger empfangsbereit XOff = Empfänger nicht empfangsbereit Daten > < XOn/XOff Nur möglich, wenn die Steuerzeichen nicht in den Nutzdaten vorkommen.

48 Hardware-Handshake Beim Hardware-Handshake signalisieren sich die beiden Geräte über zusätzliche Steuerleitungen ihren jeweiligen Status Daten > < Daten Steuerleitungen

49 Pinbelegung

50 Pinbelegung Bezeichn. deutsch englisch GND Signalerde signal ground TxD Sendedaten transmit data RxD Empfangsdaten receive data RTS Sendeteil einschalten request to send CTS Sendebereitschaft clear to send DSR Betriebsbereitschaft data set ready DCD Empfangssignalpegel data carrier detect DTR Endgerät betriebsbereit data terminal ready RI ankommender Ruf ring indicator

51 Leitungen für die Datenübertragung TxD (transmit data, Pin 3 Ausgang) DEE sendet über TxD die Daten zum DÜE. RxD (receive data, Pin 2 Eingang) DEE empfängt die Daten vom DÜE GND (Signal-Ground, Pin 5 ) Gemeinsamer Signalground der beiden Geräte (gemeinsames Bezugspotenzial)

52 Leitungen für die Datenübertragung TxD (transmit data, Pin 3 Ausgang) DEE sendet über TxD die Daten zum DÜE. RxD (receive data, Pin 2 Eingang) DEE empfängt die Daten vom DÜE GND (Signal-Ground, Pin 5 ) Gemeinsamer Signalground der beiden Geräte (gemeinsames Bezugspotenzial) Die Leitungen TxD, RxD, GND sind immer notwendig. Vollduplex-Übertragung durch TxD und RxD.

53 Leitungen für das Daten-Handshake RTS (request to send, Pin 7, Ausgang) DEE informiert DÜE, dass DEE Daten übertragen will. CTS (clear to send, Pin 8, Eingang) DÜE antwortet auf das RTS-Signal mit der Signalbereitschaftsmeldung. DEE beginnt dann mit der Ausgabe der Daten.

54 Leitungen für das Daten-Handshake RTS (request to send, Pin 7, Ausgang) DEE informiert DÜE, dass DEE Daten übertragen will. CTS (clear to send, Pin 8, Eingang) DÜE antwortet auf das RTS-Signal mit der Signalbereitschaftsmeldung. DEE beginnt dann mit der Ausgabe der Daten. RTS und CTS sind für die Übertragung eines Datenwortes zuständig.

55 Leitungen für das Geräte-Handshake DTR (data terminal ready, Pin 4 Ausgang) DEE teilt DÜE seine Betriebsbereitschaft mit. DÜE muss die Verbindung zur Gegenstation herstellen. DSR (data set ready, Pin 6 Eingang) DEE erhält die Mitteilung, dass DÜE eingeschaltet ist. Die Verbindung mit der Gegenstation ist hergestellt.

56 Leitungen für das Geräte-Handshake DTR (data terminal ready, Pin 4 Ausgang) DEE teilt DÜE seine Betriebsbereitschaft mit. DÜE muss die Verbindung zur Gegenstation herstellen. DSR (data set ready, Pin 6 Eingang) DEE erhält die Mitteilung, dass DÜE eingeschaltet ist. Die Verbindung mit der Gegenstation ist hergestellt. DTR und DSR haben die Aufgaben, dem anderen Gerät mitzuteilen, dass es eingeschaltet ist und bereit ist, Datenübertragung durchzuführen.

57 Leitungen für den Modembetrieb DCD (data carrier detect, Pin 1, Eingang) Signal des Modems, dass eine korrekte Verbindung zur Gegenstelle aufgebaut ist. RI (ring indicator, Pin 9, Eingang) Signal, dass eine Gegenstelle Daten an den DEE schicken möchte (eingehender Anruf).

58 Leitungen für den Modembetrieb DCD (data carrier detect, Pin 1, Eingang) Signal des Modems, dass eine korrekte Verbindung zur Gegenstelle aufgebaut ist. RI (ring indicator, Pin 9, Eingang) Signal, dass eine Gegenstelle Daten an den DEE schicken möchte (eingehender Anruf). Die beiden Signale sind nur bei Modembetrieb nicht bei Rechner-Rechner-Kopplung notwendig

59 Minimale Verbindung zwischen DEE und DÜE DEE 2 RxD 3 TxD 4 DTR 5 GND 6 DSR 7 RTS 8 CTS DÜE RxD 2 TxD 3 DTR 4 GND 5 DSR 6 RTS 7 CTS 8

60 Minimale Verbindung zwischen DEE und DÜE DEE 2 RxD 3 TxD 4 DTR 5 GND 6 DSR 7 RTS 8 CTS DÜE RxD 2 TxD 3 DTR 4 GND 5 DSR 6 RTS 7 CTS 8 Software-Handshake nützlich!

61 Verbindung mit vollem Hardware-Handshake zwischen DEE und DÜE DEE 2 RxD 3 TxD 4 DTR 5 GND 6 DSR 7 RTS 8 CTS DÜE RxD 2 TxD 3 DTR 4 GND 5 DSR 6 RTS 7 CTS 8

62 Minimale Verbindung zwischen zwei DEE DEE 2 RxD 3 TxD 4 DTR 5 GND 6 DSR 7 RTS 8 CTS DEE RxD 2 TxD 3 DTR 4 GND 5 DSR 6 RTS 7 CTS 8 Eine solche Verbindung wird auch Nullmodem-Verbindung genannt.

63 Minimale Verbindung zwischen zwei DEE Manche Software oder Hardware erfordert ein Hardware-Handshake. Steuerleitungen können dann rückgekoppelt werden. DEE 2 RxD 3 TxD 4 DTR 5 GND 6 DSR 7 RTS 8 CTS DEE RxD 2 TxD 3 DTR 4 GND 5 DSR 6 RTS 7 CTS 8

64 Verbindung mit minimalem Hardware- Handshake zwischen zwei DEE DEE 2 RxD 3 TxD 4 DTR 5 GND 6 DSR 7 RTS 8 CTS DEE RxD 2 TxD 3 DTR 4 GND 5 DSR 6 RTS 7 CTS 8