Последовательный порт. COM-порт. Сопряжение устройств с ПК. Программирование

Иногда приходится решать задачу связи электронного устройства с компьютером, будь то просто обмен данными или удалённое управление. Эта статья описывает, как это можно реализовать, используя последовательный порт. Главным его преимуществом является то, что стандартный программный интерфейс Windows (API) позволяет производить непосредственное управление выходными линиями, давая прямой контроль над ними, и имеет функцию ожидания некоторого события, связанного с COM-портом. Также стандарт RS-232, по которому выполнены COM-порты, допускает подключение и отключение кабелей во время работы устройств (hot plug).

Описание

COM-порт (последовательный порт) – двунаправленный интерфейс, передающий данные в последовательном виде (бит за битом) по протоколу RS-232. Это довольно-таки распространённый протокол, применяемый для связи одного устройства (например, компьютера) с другими посредством проводов длиной до 30м. Уровни логических сигналов здесь отличаются от стандартных: уровень логической единицы – от +5 до +15В, уровень логического нуля – от -5 до -15В, что требует дополнительных преобразований схемы, но обеспечивает хорошую помехоустойчивость.

Рассмотрим 9-пинововый разъём (DB-9M). Ниже представлена его распиновка:

Больше всего нас будут интересовать пины 2 (передача данных),3 (приём данных) и 5 (земля). Это минимальный набор для возможности двухстороннего общения приборов.

Подробно останавливаться на описании протокола не буду. Для этого есть ГОСТ’ы и т.п. Поэтому мы пойдём дальше и поговорим о том, как же управлять этим зверем.

Применение

Как уже говорилось, уровни ЛС RS-232 отличаются от стандартных уровней ТТЛ. Следовательно, нам необходимо как-то преобразовывать величины напряжений. Т.е. сделать 5В из +15В и 0В из -15В (и наоборот). Один из способов (и, наверное, самый простой) – использование специальной микросхемы MAX232. Она проста в понимании и одновременно может преобразовывать два логических сигнала.

Ниже приведена схема её включения:

Думаю, трудностей быть не должно. Это один из вариантов использования этой микросхемы: передача данных с микроконтроллера на ЭВМ и наоборот. Передаваемый сигнал поступает на ножки Tx IN с одной стороны и на Rx IN с другой. Входные сигналы снимаются с Tx OUT и Rx OUT соответственно.

Программирование

Для начала поговорим о программировании портов на низком уровне. Так будет более правильно. Я очень много нервов потратил, разбираясь с этим интерфейсом, пока не начал вникать в принцип его работы на более низком уровне, нежели простая передача символов. Если будет понятно это, значит и с языками высокого уровня проблем не будет.

Ниже представлены адреса COM-портов, с которыми нам придётся работать:

Они могут различаться. Установить значения можно в настройках BIOS’а. Это базовые адреса. От них же и будут зависеть адреса регистров, отвечающие за работу портов:

Первая колонка – адрес регистра относительно базового. Например, для COM1: адрес регистра LCR будет 3F8h+3=3FB. Вторая колонка – DLAB (Divisor Latch Access Bit) бит, определяющий разное назначение для одного и того же регистра.. Т.е. он позволяет оперировать 12-ю регистрами, используя всего 8 адресов. Например, если DLAB=1, то, обращаясь по адресу 3F8h, мы будем устанавливать значение младшего байта делителя частоты тактового генератора. Если же DLAB=0, то, обращаясь по тому же адресу, в этот регистр будет записан передаваемый или принятый байт.

“Нулевой” регистр

Ему соответствуют регистры приёма/передачи данных и установки коэффициента делителя частоты генератора. Как уже было сказано выше, если DLAB=0, то регистр используется для записи принимаемых/передаваемых данных, если же он равен 1, то устанавливается значение младшего байта делителя частоты тактового генератора. От значения этой частоты зависит скорость передачи данных. Старший байт делителя записывается в следующую ячейку памяти (т.е. для порта COM1 это будет 3F9h). Ниже приведена зависимость скорости передачи данных от коэффициента делителя:

Interrupt Enable Register (IER)

Если DLAB=0, то он используется как регистр управления прерываниями от асинхронного адаптера, если DLAB=1, то в нём задаётся старший байт делителя частоты тактового генератора.

Interrupt Identification Register (IIR)

Прерывание – это событие, при котором останавливается выполнение основной программы и начинается выполнение процедуры прерываний. Этот регистр определяет тип произошедшего прерывания.

Line Control Register (LCR)

Это управляющий регистр.

Проверка чётности подразумевает под собой передачу ещё одного бита – бита чётности. Его значение устанавливается таким образом, чтобы в пакете битов общее количество единиц (или нулей) было четно или нечетно, в зависимости от установки регистров порта. Этот бит служит для обнаружения ошибок, которые могут возникнуть при передаче данных из-за помех на линии. Приемное устройство заново вычисляет четность данных и сравнивает результат с принятым битом четности. Если четность не совпала, то считается, что данные переданы с ошибкой.

Стоп-бит означает окончание передачи данных.

Modem Control Register (MCR)

Регистр управления модемом.

Line Status Register (LSR)

Регистр, определяющий состояние линии.

Modem Status Register (MSR)

Регистр состояния модема.

Ну вот и всё. Оперируя этими регистрами, можно напрямую общаться с COM-портом, управлять передачей и приёмом данных. Если вам не хочется возиться с памятью, можно воспользоваться уже готовыми компонентами для различных сред программирования: C++, VB, Delphi, Pascal и т.д. Они интуитивно понятны, поэтому, думаю, здесь не стоит заострять на них внимание.

Особенностью данного порта по сравнению с другими "последовательными" технологиями является факт отсутствия каких-либо временных требований между 2 байтами. Временные требования есть только между битами одного байта (включая старт, стоп и четность), величина, обратная временной паузе между битами одного байта, называется baud rate - скорость передачи. Также в этой технологии отсутствует понятие "пакет".

Другие "последовательные" технологии, такие, как X.25, USB или Ethernet, имеют понятие "пакет", и накладывают жесткие временные требования между всеми битами одного пакета.

По этой причине в терминологии Cisco IOS данный порт назывался async - в отличие от синхронных serial, т.е. X.25. По этой же причине модуль Windows , реализующий PPP поверх данного порта, называется AsyncMac.sys (в стандарте PPP отдельно описана реализация PPP, использующего понятие "пакет", над последовательным портом, этого понятия не имеющим).

Некоторые протоколы связи с индустриальным оборудованием налагают жесткие временные требования между байтами последовательного порта. Такие протоколы крайне сложны в реализации в многозадачных ОС со слабой поддержкой реального времени, такой, как Windows, и потому зачастую требуют MS-DOS и устаревшего ПО почти 20-летней давности на управляющем компьютере.

Назначение

Наиболее часто для последовательного порта персональных компьютеров используется стандарт RS-232C. Ранее последовательный порт использовался для подключения терминала, позже для модема или мыши . Сейчас он используется для соединения с , для связи с аппаратными средствами разработки встраиваемых вычислительных систем , спутниковыми ресиверами, кассовыми аппаратами, а также с приборами систем безопасности объектов.

С помощью COM-порта можно соединить два компьютера, используя так называемый «нуль-модемный кабель» (см. ниже). Использовался со времен MS-DOS для перекачки файлов с одного компьютера на другой, в UNIX для терминального доступа к другой машине, а в Windows (даже современной) - для отладчика уровня ядра.

Достоинством технологии является крайняя простота оборудования. Недостатком является низкая скорость, крупные размеры разъемов, а также зачастую высокие требования к времени отклика ОС и драйвера и высокое количество прерываний (одно на половину аппаратной очереди, т.е. 8 байт).

Разъемы

На материнских платах ведущих производителей (например, Intel) или готовых системах (например, IBM , Hewlett-Packard , Fujitsu Siemens Computers) для последовательного порта принято следующее условное обозначение:

Наиболее часто используются стандартизированные в 1969 году D-образные разъёмы: 9-ти и 25-ти контактные, (DB-9 и DB-25 соответственно). Раньше использовались также DB-31 и круглые восьмиконтактные DIN-8. Максимальная скорость передачи, в обычном исполнении порта, составляет 115 200 бод .

Актуальность

Существуют стандарты на эмуляцию последовательного порта над USB и над Bluetooth (эта технология в значительной степени и проектировалась как «беспроводной последовательный порт»).

Тем не менее программная эмуляция данного порта широко используется и сегодня. Так, например, практически все мобильные телефоны эмулируют внутри себя классический COM-порт и модем для реализации тетеринга - доступа компьютера в Интернет через GPRS/EGDE/3G оборудование телефона. При этом для физического подключения к компьютеру используется USB, Bluetooth или Wi-Fi .

Также программная эмуляция данного порта предоставляется «гостям» виртуальных машин VMWare и Microsoft Hyper-V , основная цель при этом - подключение отладчика уровня ядра Windows к «гостю».

Аппаратура

Разъем имеет контакты:

DTR (Data Terminal Ready - готовность к приёму данных) - выход на компьютере, вход на модеме. Означает готовность компьютера к работе с модемом. Сброс этой линии вызывает почти полную перезагрузку модема в первоначальное состояние, в т.ч. бросание трубки (некоторые управляющие регистры выживают после такого сброса). В UNIX это происходит в случае, если все приложения закрыли файлы на драйвере сериального порта. Мышь использует этот провод для получения питания.

DSR (Data Set Ready - готовность к передаче данных) - вход на компьютере, выход на модеме. Означает готовность модема. Если эта линия находится в нуле - то в ряде ОС становится невозможно открыть порт как файл.

RxD (Receive Data - приём данных) - вход на компьютере, выход на модеме. Поток данных, входящий в компьютер.

TxD (Transmit Data - передача данных) - выход на компьютере, вход на модеме. Поток данных, исходящих из компьютера.

CTS (Clear to Send - готовность передачи) - вход на компьютере, выход на модеме. Компьютер обязан приостановить передачу данных, пока этот провод не будет выставлен в единицу. Используется в аппаратном протоколе управления потоком для предотвращения переполнения в модеме.

RTS (Request to Send - запрос на передачу) - выход на компьютере, вход на модеме. Модем обязан приостановить передачу данных, пока этот провод не будет выставлен в единицу. Используется в аппаратном протоколе управления потоком для предотвращения переполнения в оборудовании и драйвере.

DCD (Carrier Detect - наличие несущей) - вход на компьютере, выход на модеме. Взводится модемом в единицу после установления соединения с модемом с той стороны, сбрасывается в ноль при разрыве связи. Аппаратура компьютера может издавать прерывание при наступлении такого события.

RI (Ring Indicator - сигнал вызова) - вход на компьютере, выход на модеме. Взводится модемом в единицу после обнаружения вызывного сигнала телефонного звонка. Аппаратура компьютера может издавать прерывание при наступлении такого события.

SG (Signal Ground - сигнальная земля) - общий сигнальный провод порта, не является общей землёй , как правило, изолирован от корпуса ЭВМ или модема.

В нуль-модемном кабеле используются две перекрещенные пары: TXD/RXD и RTS/CTS.

Стандартная (со времен оригинальной IBM PC) аппаратура порта называется UART 16550 (в настоящее время включена в SuperIO микросхему на материнской плате вместе с рядом иных устройств). Со времен IBM PC в ней появилась аппаратная очередь байт, которая сильно снижает количество издаваемых устройством прерываний.

Программный доступ к СОМ-порту

UNIX

Для каждого порта в реестре имеется раздел. Эти разделы имеют такие имена:

HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Serial\Parameters\Serial10000

где последнее значение “Serial10000” - уникальный номер для каждого нового добавленного в систему COM-порта, для второго – “Serial10001” и т.д

Для связи с устройствами, поддерживающими Bluetooth, некоторым программам (например, к таким программам относятся: программа, которая синхронизирует список контактов с мобильным телефоном; программа, которая извлекает координаты GPS из GPS-приемника) на компьютере пользователя требуется COM-порт.

К программам, использующим COM-порты для поддержки связи с помощью технологии беспроводного подключения Bluetooth, непосредственно разработанных фирмой Microsoft, относятся:

• HotSync, используемый в ручных компьютерах
• ActiveSync , используемый в карманных ПК

OS/2

Имеющийся драйвер COM.SYS поддерживает только 4 COM-порта, каждый из которых должен иметь свою линию прерываний. Для обслуживания COM-портов с общей линией прерывания необходимо воспользоваться драйвером SIO .

Нуль-модемный кабель

Основная статья: Нуль-модемный кабель

В некоторых случаях возможно применение упрощённого варианта кабеля, в котором задействуются только контакты 2, 3 и 5.

См. также

• Сигналы последовательных портов

Примечания

Ссылки

• Перевод руководства по программированию СОМ-порта в POSIX операционных системах
• Программирование порта на java - позволяет работать из Windows, в отличие от официальных пакетов от Sun.
• Программирование COM порта на C++ под Windows. Готовая библиотека, исходные тексты, примеры программ.
• Яшкардин В.Л. Последовательный порт. Программирование COM-порта в Windows и MS-DOS . SoftElectro (2009). Архивировано из первоисточника 8 февраля 2012.

Приветствую Вас, друзья. Продолжаем изучать системный блок. Сегодня расскажу о компьютерных портах. Что это такое? С бурным развитием интернет-технологий понятие «порт», «сокет» у многих на слуху. Это другая ветвь, и мы сегодня не будем говорить о ней. Тема этой статьи содержит информацию о сугубо «железных», » реальных» разъемах (или портах), которые предназначены для подключения различных устройств к системному блоку.

«Железо» тоже совершенствуется и с каждой генерацией мы обнаруживаем новые виды разъемов (или порты) на купленных системных блоках. К ним подключаются различные, так называемые периферийные устройства. Системный блок + монитор = компьютер. Все что подключается к ним (принтеры, сканеры, программаторы, видеокарты, мониторы и так далее) — это периферия.

На компьютере портов много. Они находятся на материнской плате системного блока и представляют собой разъемы (большая часть из них на задней части) . Часть разъемов выводится и на переднюю панель и они так же подключены к материнской плате.

На нее так же можно дополнительно установить и дополнительные устройства через специальные слоты расширения. К таким устройствам относятся дискретные видеокарты, сетевые карты, адаптеры Wi-Fi, USB-хабы, карт-ридеры, электронные замки, видеокарты и много чего еще.

Наличие слотов расширения позволяет самостоятельно собирать компьютер наподобие конструктора, на основе ваших предпочтений, не тратя лишних денек. Потому что разработчики давно стандартизировали выпускаемое оборудование. При необходимости можно провести его обновление. Это главная причина того, что IBM-PC совместимые компьютеры (так называется такая платформа) когда-то вытеснили с рынка Apple Macintosh.

У них системные блоки изначально были неразборные, а оборудование не заменяемое. Провести апгрейд такого устройства нельзя, да и ремонтопригодность такого устройства снижается.

Краткий список портов компьютера

Нужно уметь отличать разъемы один от другого визуально. Не всегда производитель указывает их наименования. Так как разъемы сгруппированы на задней панели системника, то с нее и начнем. Все порты имеют англоязычное наименование, тут уж ничего не поделаешь. Кратко их можно разделить:

1. Последовательный порты;
2. Параллельный порт;
3. Порты для компьютера и мыши;
4. Порты USB;
5. Порты SCSI;
6. Видеопорты;
7. Разъемы сетевых кабелей;
8. Разъемы аудио;
9. Карт-ридеры;

Некоторые из этих разновидностей уже канули в лету и их на современных материнских платах уже не найти. Другие разновидности наоборот расширяют свой функционал и есть материнские платы для гурманов — любителей аудио или видео хорошего качества.

Такие платы могут поддерживать и аудио или видеоформаты сторонних производителей (Sony, Philips) и тогда можно встретить на таком компьютере соответствующий разъем. Особым разнообразием сегодня могут похвастаться аудио и видео порты.

Порты компьютера для подключения периферийных устройств

Последовательный порт — сегодня уже морально устаревшая вещь. Но для специалистов, которые занимаются ремонтом электронных устройств они представляют ценность. Изначально такой порт использовался для подключения модема. Скорость передачи данных типичная — от 110 до 115200 бит в секунду. Их обычно было по два с разъемами DB 9 типа «папа»:

Скорости вполне хватает для программатора, чтобы прошить микроконтроллер или мобильный телефон. Или для обмена данными с источником бесперебойного питания. Называются эти порты COM1 и COM2.

Параллельный порт — знаком многим, потому что в основном предназначался для подключения принтера. Так же почти исчезнувший вид. Использовался так же для подключения аппаратных ключей защиты.

Для подключения используется разъем DB25 типа «мама». Скорость передачи данных небольшая — но вполне хватает для программатора или старого лазерного принтера. У большинства старых компьютеров всегда было по два последовательных порта и один параллельный.

Порты для клавиатуры и мыши знакомы всем пользователям. В современных компьютерах они имеют фиолетовый и зеленый цвета. Такого же цвета штекеры у мыши и клавы. Перепутать сложно. Разъемы шестиконтактные (mini -Din) типа «мама». Их придумали в Германии и это стало стандартом. Другое название IBM/PC2

так как впервые они были использованы на уже упомянутой платформе IBM PC. Если перепутали при подлкючении разъемы — устройства работать не будут. Несомненный плюс — экономят USB порты. Минус — обязательно требуется перезагрузка компьютера если подключили неправильно. Кстати, тоже исчезающий вид. На многих современных компах этот порт оставлен всего один — и покрашен он одновременно в фиолетово-зеленый цвет. Подключать к нему можно только одно устройство или мышь — или клаву.

Порты USB. Универсальная последовательная шина, (Universal Serial Bus ). C 1998 года вытесняет другие порты; даже на автомагнитолах и видеокамерах Вы сегодня найдете этот разъем. У первых поколений скорость передачи данных была около 12 мб /сек. — умопомрачительная по тем временам. Сегодня мы используем USB 3, скорость которого 5 Гбит/с

Эти порты внешне не изменились. На компьютере стоят разъемы типа «А». Разъем на любом подключаемом устройстве принято называть «B». Имеет четыре контакта два для тока, два для передачи данных. Соответственно, на портах USB 3.0 контактов в два раза больше.

Порты SCSI (Small Computer Systems Interface). Довольно специфическая и редкая вещь у нас; мне думается что и за рубежом ее уже не встретишь у рядового пользователя. Полагаю, что устройства с такими интерфейсами делались под заказ — для корпоративного использования. Это — сетевой интерфейс для обмена данными, со скоростью до 160 мбит/с.

Мне попался один раз ноутбук, привезенный из америки 1999 г. выпуска, фирмы Dell. У него имелся один из таких многоконтактных портов. Расположен он был таким образом, что использовать его можно было, только установив ноутбук на стол. Сам разъем закрыт шторками на пружинках. Следовательно, где -то в Америке были и столы, в которые этот разъем встроен… Приносишь,ставишь на стол, и он подключен к корпоративной сети.

Разновидностями интерфейса являются уже знакомый нам DB-25, а так же 50-High-Density, 68-контактный -High-Density, 80-контактный SCA, Centronics. Можно было подключать и жесткие диски к этому интерфейсу. Отвечает за подключение специальная плата — хост-адаптер.

Видеопорты . Их так же не спутаешь с другими. Стандартный видеопорт — 15 контактный VGA разъем типа D синего цвета, «мама». Служит для подключения монитора. Это старый стандарт, принятый в 1987 году. Не на всех материнских платах он бывает. Если его нет у вас «на борту», то его можно найти в нижней части системного блока. В слот расширения установлена видеокарта:

Если вы решили установить видеокарту в дополнение к уже имеющейся («на борту»), то последняя работать уже не будет. Это нормально. Монитор будет работать только при подключении к установленной.

На современных видеокартах VGA порт уже стало трудно встретить; их заменяют другой разновидностью — DVI. На материнской плате переходного типа это выглядит как то так:

Очень часто встречаются случаи, когда выходит из строя VGA- видеокарта. После покупки новой, обнаруживается, что на ней только DVI — порты.В этом случае нужно приобрести переходник и установить его на разъем DVI:

Обращайте внимание, на тип переходника. Дело в том, что и DVI разъемы отличаются — на новых дорогих видеокартах стоят DVI-D или DVI-I порты. Переходники не взаимозаменяемые, уточняйте этот момент у продавца.

В этом случае не нужно будет покупать новый монитор. Новые мониторы пока тоже идут с двумя типами разъемов — VGA и DVI.

Порт HDMI. Куда теперь без него в 21 веке? Мультимедиа-интерфейс предназначен для передачи видео и аудио высокой четкости с защитой от копирования. Одновременно заменяет как и вышеперечисленные видео так и некоторые аудио порты(SCART, VGA, YPbPr, RCA, S-Video.). Наверное этот интерфейс со временем заменит все остальное. Его можно встретить на любой цифровой технике — от фотоаппарата до компьютера (или ноутбука).

Размер сравним с USB портом, а скорость передачи данных огромна по сравнению с выше перечисленными — до 48 Гбит в секунду. Передача данных осуществляется по кабелю с хорошей защитой от помех. Кабель можно подключить к ноутбуку и к телевизору и смотреть видео. Длинна кабеля не должна превышать 10 метров, в противном случае нужен усилитель/повторитель сигнала.

Про аудио-разъемы подробно говорить не буду. Все примерно так же выглядит, как на домашнем DVD проигрывателе, если речь идет о чем- то особенном. В качестве такого примера можно привести разъем SPDiF, который можно было устанавливать на слот расширения:

Аудиостандарт от фирмы SONY и PHILIPS, эта карта подключается к материнской плате с помощью коннектора на соосветствующий разъем. Стандартные гнезда для подключения микрофона, колонок, наушников выглядят так:

Если хотите HD аудио, то возможно вам придется подключить соответствующий адаптер вот сюда. Читайте документацию по своей материнке:

Сетевые порты. Без них в наше время никак не обойтись. Мы получаем интернет именно через сетевой интерфейс по кабелю, или по радио. На материнских платах стоит стандартный встроенный разъем RJ 45 для подключения интернет- кабеля:

На старых компьютерах стандарт скорости был 100 мбит /с, современные сетевые карты выдают 1000 мбит/сек. Если Вам не достаточно одной сетевой карты, можно купить дополнительную и вставить ее в слот расширения:

Такая карта подходит для PCI слота. Есть варианты и поменьше, для PCI-express:

Уточняйте скорость передачи данных той или иной карты при покупке. Для любителей беспроводных сетей так же представлен широки выбор Wi-Fi адаптеров:

Их так же можно подключить в слоты расширения PCI ,либо PCI — ехpress. Однако, если Вы не хотите ковыряться в системном блоке, можно купить и USB — вариант такой карты:

Вы вставляете ее в порт и вводите пароль от WIFI. И у вас подключено еще одно периферийное устройство. У многих моделей домашних принтеров так же есть адаптер WIi-Fi, и при такой настройке можно печатать без проводов. Благо, сегодня богатый выбор и сетевых карт и принтеров.

Как отключить USB порты при выключении компьютера?

Напоследок расскажу как решить одну проблему. У меня есть гарнитура с микрофоном для записи видео и общения по скайпу. Китайцы залюбили пихать куда надо и не надо светодиоды для красоты. Когда компьютер выключается, подсветка все равно продолжает гореть, так как питание ее идет по USB порту.

Клавиатура так же светится, что ночью не совсем удобно, хотя и не плохо (если печатаешь в темноте). Для того, чтобы отключить питание портов насовсем — попробуйте набрать сочетание клавиш Win+R и в строке «Выполнить» вставить команду powercfg /h off.

После чего нужно выключить компьютер. Симптомы скорее всего исчезнут. Эта команда отключает режим сна, и компьютер вырубается полностью. Можно посмотреть в панели управления настройки по питанию в «Плане электропитания» Но, есть такие модели плат, где эта настройка выключается через BIOS. А на самых передовых эта функция не отключается или спрятана очень глубоко. Предполагается, что так удобно ночью заряжать гаджеты.

В трудных случаях может помочь документация по материнской плате. Находите нужную перемычку (джампер) и вручную отключаете питание. Но это слишком сложно. А самый простой способ — это купить USB — хаб с выключателями и к нему уже подсоединить нужную периферию. И не мучиться. Пока, до новых встреч!

THR - промежуточный регистр данных передатчика (только для записи) Данные, записанные в регистр, будут пересланы в выходной сдвигающий регистр (когда он будет свободен), из которого поступят на выход при наличии разрешающего сигнала CTS . Бит 0 передается (и принимается) первым. При длине посылки менее 8 бит старшие биты игнорируются.
RBR - буферный регистр принимаемых данных (только для чтения) Данные, принятые входным сдвигающим регистром помещаются в регистр RBR , откуда они могут быть считаны процессором. Если к моменту окончания приема очередного символа предыдущий не был считан из регистра, фиксируется ошибка переполнения. При длине посылки менее 8 бит старшие биты в регистре имеют нулевое значение.
DLL - регистр младшего байта делителя частоты .
DLM - регистр старшего байта делителя частоты . Делитель определяется по формуле D=115200/V, где V - скорость передачи, бит/с. Входная частота синхронизации 1 8432 МГц делится на заданный коэффициент, после чего получается 16-кратная частота передачи данных.
IЕR - регистр разрешения прерываний . Единичное значение бита разрешает прерывание от соответствующего источника.
Назначение бит регистра IER :
* биты =0 - не используются;
* бит 3 - Mod_IЕ - по изменению состояния модема (любой из линий CTS, DSR, RI, DCD );
* бит 2 - RxL_IЕ - по обрыву/ошибке линии;
* бит 1 - TxD_IE - по завершении передачи;
* бит 0 - RxD_IЕ - по приему символа (в режиме FIFO - прерывание по тайм-ауту).
IIR - регистр идентификации прерываний и признака режима FIFO (только для чтения). Для упрощения программного анализа UART выстраивает внутренние запросы прерывания по четырехуровневой системе приоритетов. Порядок приоритетов (по убыванию): состояние линии, прием символа, освобождение регистра передатчика, состояние модема. При возникновении условий прерывания UART указывает на источник с высшим приоритетом до тех пор, пока он не будет сброшен соответствующей операцией. Только после этого будет выставлен запрос с указанием следующего источника. Ниже описано назначение бит регистра IIR .
* Биты - признак режима FIFO:
11-режим FIFO 16550A;
10 - режим FIFO 16550;
00 - обычный.
* Биты - не используются.
* Бит 3 - прерывание по тайм-ауту приема в режиме FIFO (в буфере есть символы для считывания).
* Биты - причина прерывания с наивысшим приоритетом (в обычном, не FIFO-режиме):
11 - ошибка/обрыв линии, сброс выполняется чтением регистра состояния линии;
10 - принят символ, сброс выполняется чтением данных;
01 - передан символ (регистр THR пуст), сброс выполняется записью данных;
00 - изменение состояния модема; сброс выполняется чтением регистра состояния модема.
* Бит 0 - признак необслуженного запроса прерывания (1 - нет запроса, 0 - есть запрос).
В режиме FIFO причину прерывания идентифицируют биты .
* О11 - ошибка/обрыв линии. Сброс выполняется чтением регистра состояния линии.
* 010 - принят символ. Сброс выполняется чтением регистра данных приемника
* 110 - индикатор тайм-аута (за 4-кратный интервал времени символа не передано и не принято ни одного символа, хотя в буфере имеется, по крайней мере, один). Сброс выполняется чтением регистра данных приемника.
* 001 - регистр THR пуст. Сброс выполняется записью данных.
* 000 - изменение состояния модема (CIS, DSR, RI или DCD ). Сброс выполняется чтением регистра MSR .
FCR - регистр управления FIFO (только для записи). Ниже описано назначение бит регистра FCR :
* Биты - ITL (Interrupt Trigger Level) - уровень заполнения FIFO-буфера, при котором вырабатывается прерывание:
00 - 1 байт (по умолчанию);
01 - 4 байта;
10 - 8 байт;
11 - 14 байт.
* Биты зарезервированы.
* Бит 3 - разрешение операций DMA.
* Бит 2 - RESETTF (Reset Transmitter FIFO) - сброс счетчика FIFO-передатчика (записью единицы; сдвигающий регистр не сбрасывается).
* Бит 1 - RESETRF (Reset Receiver FIFO) - сброс счетчика FIFO-приемника (записью единицы; сдвигающий регистр не сбрасывается).
* Бит 0 - TRFIFOE (Transmit And Receive FIFO Enable) - разрешение (единицей) режима FIFO для передатчика и приемника. При смене режима FIFO-буферы автоматически очищаются.
LCR - регистр управления линией (настройки параметров канала). Ниже описано назначение бит регистра LCR .
* Бит 7 - DLAB (Divisor Latch Access Bit) - управление доступом к делителю частоты.
* Бит 6 - BRCON (Break Control) - формирование обрыва линии (посылка нулей) при BRCON=1.
* Бит 5 - STICPAR (Sticky Parity) - принудительное формирование бита паритета:
0 - контрольный бит генерируется в соответствии с паритетом выводимого символа;
1 - постоянное значение контрольного бита: при EVENPAR =1 - нулевое, при EVENPAR =0 - единичное.
* Бит 4 - EVENPAR (Even Parity Select) - выбор типа контроля: 0 - нечетность, 1 - четность.
* Бит 3 - PAREN (Parity Enable) - разрешение контрольного бита:
1 - контрольный бит (паритет или постоянный) разрешен;
0 - контрольный бит запрещен.
* Бит 2 - STOPB (Stop Bits) - количество стоп-бит:
0 - 1 стоп-бит;
1 - 2 стоп-бита (для 5-битного кода стоп-бит будет иметь длину 1,5 бит).
* Биты - SERIALDB (Serial Data Bits) - количество бит данных:
00 - 5 бит;
01-6 бит;
10 - 7 бит;
11 - 8 бит.
MCR - регистр управления модемом . Ниже описано назначение бит регистра MCR .
* Биты =0 - зарезервированы.
* Бит 4 - LME (Loopback Mode Enable) - разрешение режима диагностики:
0 - нормальный режим;
1 - режим диагностики (см. ниже).
* Бит 3 - IE (Interrupt Enable) - разрешение прерываний с помощью внешнего выхода OUT2 MSR.7 :
0 - прерывания запрещены;
1 - прерывания разрешены.
* Бит 2 - OUT1C (OUT1 Bit Control) - управление выходным сигналом 1 (не используется); в режиме диагностики поступает на вход MSR.6 .
* Бит 1 - RTSC (Request To Send Control) - управление выходом RTS ; в режиме диагностики поступает на вход MSR.4 :
0 - активен (-V);
1 - пассивен (+V).
* Бит 0 - DTRC (Data Terminal Ready Control) - управление выходом DTR ; в режиме диагностики поступает на вход MSR.5 :
0 - активен (-V);
1 - пассивен (+V).
LSR - регистр состояния линии (точнее, состояния приемопередатчика). Ниже описано назначение бит регистра LSR.
* Бит 7 - FIFOE (FIFO Error Status) - ошибка принятых данных в режиме FIFO (буфер содержит хотя бы один символ, принятый с ошибкой формата, паритета или обрывом). В не FIFO-режиме всегда 0.
* Бит 6 - TEMPT (Transmitter Empty Status) - регистр передатчика пуст (нет данных для передачи ни в сдвиговом регистре, ни в буферных регистрах THR или FIFO).
* Бит 5 - THRE (Transmitter Holding Register Empty) - регистр передатчика готов принять байт для передачи. В режиме FIFO указывает на отсутствие символов в FIFO-буфере передачи. Может являться источником прерывания.
* Бит 4 - BD (Break Detected) - индикатор обрыва линии (вход приемника находится в состоянии 0 не менее, чем время посылки символа).
* Бит 3 - FE (Framing Error) - ошибка кадра (неверный стоп-бит).
* Бит 2 - РЕ (Parity Error) - ошибка контрольного бита (паритета или фиксированного).
* Бит 1 - ОЕ (Overrun Error) - переполнение (потеря символа). Если прием очередного символа начинается до того, как предыдущий выгружен из сдвигающего регистра в буферный регистр или в регистр FIFO, прежний символ в сдвигающем регистре теряется.
* Бит 0 - DR (Receiver Data Ready) - принятые данные готовы (в DHR или FIFO-буфере). Сброс - чтением приемника.
Индикаторы ошибок - биты - сбрасываются после чтения регистра LSR . В режиме FIFO признаки ошибок хранятся в FIFO-буфере вместе с каждым символом. В регистре они устанавливаются (и вызывают прерывание) в тот момент, когда символ, принятый с ошибкой, находится на вершине FIFO (первый в очереди на считывание). В случае обрыва линии в FIFO заносится только один «обрывной» символ, и UART ждет восстановления и последующего старт-бита. MSR - регистр состояния модема. Ниже описано назначение бит регистра MSR :
* Бит 7 - DCD (Data Carrier Detect) - состояние линии DCD :
0 - активна (-V);
1 - пассивна (+V).
* Бит 6 - RI (Ring Indicator) - состояние линии RI :
0 - активна (-V);
1 - пассивна (+V).
* Бит 5 - DSR (Data Set Ready) - состояние линии DSR :
0 - активна (-V);
1 - пассивна (+V).
* Бит 4 - CTS (Clear To Send) - состояние линии CTS :
0 - активна (-V);
1 - пассивна (+V).
* Бит 3 - DDCD (Delta Data Carrier Detect) - изменение состояния DCD .
* Бит 2 - TERI (Trailing Edge Of Ring Indicator) - спад огибающей RI (окончание звонка).
* Бит 1 - DDSR (Delta Data Set Ready) - изменение состояния DSR .
* Бит 0 - DCTS (Delta Clear To Send) - изменение состояния CTS .
Признаки изменения (биты ) сбрасываются по чтению регистра.
SRC - рабочий регистр (8 бит), на работу UART не влияет, предназначен для временного хранения данных (в 8250 отсутствует).
В диагностическом режиме (при LМЕ=1 ) внутри UART организуется внутренняя «заглушка»:
* выход передатчика переводится в состояние логической единицы;
* вход приемника отключается; * входы DSR, CTS, RI и DCD отключаются от входных линий и внутренне управляются битами DTRC, RTSC, OUT1C, IE ;
* выходы управления модемом переводятся в пассивное состояние (логический ноль).
Переданные данные в последовательном виде немедленно принимаются, что позволяет проверять внутренний канал данных порта (включая сдвигающие регистры) и отработку прерываний, а также определять скорость работы UART.

Параллельный порт обеспечивает довольно высокую скорость передачи, поскольку эта передача осуществляется побайтно. При этом при большой длинœе кабеля или при не очень интенсивном обмене данными удобнее оказывается последовательный порт.

Последовательный порт (Serial Port) передает в одном направлении одновременно всœего лишь 1 бит данных. Данные могут передаваться через данный порт как от компьютера к внешнему устройству, так и наоборот.

Последовательные порты компьютера обычно соответствуют международному опорному стандарту RS-232C (Reference Standard 232 версии С), в связи с этим к этому порту можно подсоединить любое устройство, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ также ориентировано на данный стандарт (к примеру, мышь, модем, последовательный принтер или последовательный порт другого компьютера). Этот интерфейс использует 9 каналов связи: один из них служит для передачи данных от компьютера, другой – для приема данных от периферийного устройства. Остальные 7 каналов используются для управления процессом обмена данными.

Последовательный порт состоит из микросхемы UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter – универсальный асинхронный приемник/передатчик) и вспомогательных компонентов. Микросхема UART принимает байты данных от шины компьютера (в которой они передаются параллельно), преобразует их в последовательность битов, добавляет служебные биты и затем выполняет передачу данных, а также выполняет обратные действия по приему последовательности битов и перевода кода из последовательного в параллельный.

Современные микросхемы UART оснащены буферной памятью и обеспечивают скорость передачи данных до 115 Кбит/с. Новые высокоскоростные разновидности последовательного порта – улучшенный последовательный порт ESP (Enhanced Serial Port) и Super ESP (Super Enhanced Serial Port) обеспечивают передачу данных до 460 Кбит/с.

Данные при последовательной передаче разделяются служебными битами, такими, как стартовый бит и стоп-бит. Эти биты указывают на начало и конец передачи последовательных бит данных. Данный метод передачи позволяет осуществить синхронизацию между приемной и передающей стороной, а также выровнять скорость обмена данными.

Для идентификации и распознавания ошибок при последовательной передаче в состав посылки дополнительно может включаться бит контроля четности. Значение бита контроля четности определяется двоичной суммой всœех передаваемых битов данных. В режиме, когда бит контроля четности четный (Even Parity), значение бит контроля четности равно 0, в случае если сумма битов четная, и 1 – в противном случае. Биты контроля четности имеют инверсные (обратные) значения (соответственно 1 или 0), в случае если бит контроля четности нечетный (Odd Parity).

Стандартная комплектация компьютера содержит два последовательных порта. Отличие разъема последовательного порта от параллельного состоим в том, что данный разъем имеет 9 контактных штырей, а не гнезд (ʼʼотцовскийʼʼ разъем) (рис. 1.3.11а). Со стороны кабеля подключаемого устройства используется ʼʼматеринскийʼʼ разъем (рис. 1.3.11б). Длина кабеля последовательного порта ограничена 18 м. Основным устройством, подключаемым к последовательному порту, являются старые модели модемов и мышей.

Некоторые компьютеры, особенно ориентированные на коммуникационные приложения, могут иметь последовательные порты, выполненные по другим стандартам (к примеру, RS-449A или RS-613) и имеющие более высокую скорость передачи данных на более дальние расстояния.

Рис. 1.3.11. Последовательный порт: а) 9-контактный разъем компьютера;

б) кабель-переходник последовательный порт-USB

1.3.2.3.13. Порт PS/2

Порт PS/2 (6-контактный) назван так, потому, что он впервые появился в компьютерах производства фирмы IBM серии PS/2. Из 6 контактов используются 4 контакта͵ один из которых предназначен для передачи данных, второй – для сигналов тактовой частоты (в диапазоне 10-16,7 кГц), на третий контакт подается электропитание (+5В), а на четвертый – земля. Передача данных выполняется аналогично тому, как и в последовательном порту, но при передаче данных на устройство добавляется один бит подтверждения. В современных компьютерах имеется два порта PS/2 предназначенные для подключения мыши (зелœеный разъем) и клавиатуры (фиолетовый разъем) (рис. 1.3.12а), однако эти устройства переходят на использование порта USB. Штекеры кабелœей устройств PS/2 (мыши и клавиатуры) приведены на рис. 1.3.12б.

Рис. 1.3.12. Порт PS/2: а) гнезда портов компьютера; б) штекеры кабеля

Последовательный порт - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Последовательный порт" 2017, 2018.