Галкин В.А., Григорьев Ю.А. Телекоммуникации и сети

Подождите немного. Документ загружается.

Основы

телекоммуникации

DTE

К-3,0В

0>+3,0В

ВСЕ

ф •

•>

Цепи обмена

<г

Сигнальная "земля"

Не более 15 м

->1

Рис.

2.28.

Интерфейс RS-232C

• по функциональному

процедурному описанию цепей обмена рекоменда-

ции V.24 ITU-T;

• по характеристикам электрического сигнала рекомендации V.28 ITU-T;

• по механическим характеристикам рекомендации ISO 2110 (25 контакт-

ный разъем - DB25). На аппаратуре DTE (в том числе, и на СОМ-портах ПК)

принято устанавливать

вилки

DB25-P или более компактный вариант - DB9-P.

Девятиштырьковые разъемы не имеют контактов для дополнительных сигна-

лов,

необходимых для синхронного режима (в большинстве 25-штырьковых

разъемов эти контакты не используются). На аппаратуре DCE (модемах) ус-

танавливают/^o^e/w^w DB25-S

или

DB-9S.

Это правило предполагает,

что

разъе-

мы DCE могут подключаться к разъемам DTE непосредственно или через

переходные «прямые» кабели с розеткой и вилкой, у которых контакты соеди-

нены «один

один». Переходные кабели могут

являться

и переходниками с 9- на

25-штырьковые разъемы.

В качестве контроллера

АСИ в

ПК используют контроллер коммуникацион-

ного порта UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter ~ Универсаль-

ный асинхронный приемо-передатчик). Это устройство применяют

DTE или

DCE для получения и передачи асинхронных данных. Устройство UART, ис-

пользуемое в современных ПК (типа NS16550A с внутренним буфером дан-

ных) обеспечивает скорость до 115200 бит/с.

Основные сигнальные цепи

для

асинхронной связи с модемом приведены

табл.

2.8.

140

2.4.

Технические

средства телекоммуникаций

Таблица 2.8. Сигнальные цепн для асинхронной связи

Обозначение цепн

RS232

RTS

CTS

DSR

DCD

DTR

V.24

101

103

104

105

106

107

102

109

108/2

125

Контакт

разъема

DB25S

2 ^

DB9S

Направление

I/O

О J

Название цепи

Protect Ground - Защитная «земля»

Transmit Data - Передаваемые данные

Receive Data - Принимаемые данные

Request То Send - Запрос на передачу

Clear То Send - Готовность модема к приему

данных для передачи

Data Set Ready - Готовность модема к работе

Signal Ground - Схемная земля 1

Data Carrier Detect - Несущая обнаружена 1

Data Terminal Ready - Готовность терминала 1

(DTE) к работе

Ring Indicator - Ицдикатор вызова |

Если аппаратура

DTE

соединяется без модемов, то разъемы устройств (вил-

ки) соединены между собой нуль-модемным кабелем, имитирующим сетевое

соединение

имеющим

на

обоих концах

розетки,

контакты которых соединены

по одной из схем, приведенных

на

рис.

2.29.

Назначение регистров контроллера

коммуникационного

порта RS-232C

(V.24/V.28). Управление переносом информащш

по

интерфейсу RS-232 вьшол-

няет спещ1альная электронная схема (обычно UART - NS16550A), объединя-

ющая до четырех контроллеров, каждый из которых обслуживает одну линию

связи. Физически компьютер может иметь и меньшее количество контроллеров

TxD

RxD

DTR

DSR

RTS

CTS

GND|

DB9S

—H

TxD 1

RxD

DTR

DSR

RTS

CTS

GND 1

ITXD

RxD

DTR

DSR

RTS

CTS

GND

DB9S-

-H

TxD

RxD

DTR

DSR

RTS

CTS

GND

Рис.

2.29.

Нуль-модемный

кабель:

a - минимальный, б - полный кабель

141

Основы

телекоммуникации

последовательной связи. Контроллер способен как передавать, так и прини-

мать информацию из интерфейса. Его особенностью является способность ге-

нерировать аппаратные прерывания

по

программируемой

маске

условий.

IBM

поддерживает

аппаратно генерацию

прерьшаний

для

последовательных

кон-

троллеров С0М1 и COM2. С0М1 генерирует прерывание

OCh,

контроллер

COM2 - прерывание

OBh,

Каждый контроллер управляет десятью внутренни-

ми регистрами, доступ к которым осуществляется по номерам портов. Они

отсчитьюаются от базового адреса (их можно получить из области даршых

BIOS).

Одни и те же адреса портов могут соответствовать различным внут-

ренним регистрам

зависимости от направления передачи информации

зна-

чения бита 7-го регистра управления линией. Рассмотрим регистры подроб-

ней.

Регистр данных

(DR,

базовый

адрес+0).

Использова1ше регистра данных

зависит от состояния регистра управления линией и вьшолняемой операции

доступа

порту (чтение

или

запись).

Если контроллер передает

или

принимает

информацию, в бите 7-го регистра LCR должен быть записан 0. В это случае

запись байта в порт DR помещает данные в регистр данных передатчика. От-

сюда они без каких-либо дополнительных управляющих воздействий переда-

ются

сдвиговый

регистр,

который формирует слово информации и бит за би-

том передает его в интерфейс. Чтение байта из внутреннего регистра DR

возвращает последний принятый контроллером байт данных.

Регистры делителя частоты (DLLBR

DLHBR,

базовый

адрес+0 и ба-

зовый

адрес+1).

Если бит 7 LCR установлен в 1, содержимое этого регистра

определяет формат данных

интерфейса.

В этом случае порты регистров

DLLBR

и DLHBR используются как защелки для так называемого делителя частоты

приема/передачи. Значение регистра - это число, полученное делением числа

1843200 на скорость передачи в бодах, умноженную на

16.

Делрггель частоты

равный

соответствует максимально возможной скорости передачи в 115200

бод.

Регистр разрешения прерываний

(IER, базовый адрес+1). Аппаратура

контроллера последовательной

связи может

генерировать запросы аппаратных

прерываний

при

возникновении

контроллере

одной или

нескольких ситуаций

четырех возможных типов:

Бит Назначение

7-4 Не используются

3 Разрешена генерация прерываний при изменении значения регист-

ра состояния модема (MSR)

2 Разрешена генерация запроса прерывания при изменении значения

регистра состояния линии (LSR)

1 Разрешена генерация запроса прерывания в случае, когда пуст ре-

гистр

данных передатчика

О Разрешена генерация запроса прерывания в случае готовности при-

нятых данных

142

2.4.

Технические

средства телекоммуникаций

Запись в регистр IER байта

запрещает генерацию запроса прерывания

для всех возможных ситуаций, а запись

OFh

разрешает генерацию запросов

прерываний

всех

возможных

типов

ситуаций.

Регистр идентификации прерывания

(IIR,

базовый

адрес-^2).

Это толь-

ко

читаемый внутренний регистр, позволяющий программе-обработчику пре-

рьшания определить

причину,

по которой

сгенерировано прерывание

или,

други-

ми

словами,

причину,

по

которой программа получила управление.

Бит Назначение

7-3 Не используются

2-1 Идентификатор причины прерывания:

00 - прерывания по причине изменения регистра состояния модема

01 - пуст регистр данных передатчика

- готовность полученных данных

11 - прерывание по причине изменения регистра состояния

линии:

либо установ-

ка бита ошибки, либо выделено условие BREAK

- нет активных прерываний

0 - есть ожидающее обработки прерывание

Устранение причины возникновения прерывания осуществляется чтением

или записью соответствующего случаю содержимого регистра. Возможно од-

новременное появление

причин для

разных

типов

прерываний,

и в

этом случае

аппаратура

контроллера,

вьшолняющая генеращпо

прерываний,

упорядочивает

их по приоритету. Прерывание, связанное с изменением регистра состояния

модема всегда имеет наивысший приоритет. Следующим по приоритету явля-

ется прерывание по готовности принятьгс данных. После него генерируется

прерывание из-за опустевшего регистра данных передатчика. Наименьший

приоритет имеет прерывание

по

изменению состояния линии.

Одному прерыванию

может

соответствовать несколько причин одновремен-

но,

устранение какой-либо одной

из

них,

тем не

менее,

не вызовет установки

в «1»

бита

регистра идентификащш

прерывания.

Поэтому обработчик

не

дол-

жен завершать

свое выполнение

до

устранения

всех причин

возникновения

пре-

рывания.

Регистр управления линией

(LCR, базовый

адрес+3).Этот

регистр ис-

пользуется для задания формата слова, передаваемого по интерфейсу, и неко-

торых

дополнительных особенностей передачи

или

приема.

Биг Назначение

7 Выбор содержимого в портах базовый адрес+0 и базовый адрес+1

- обычное функционирование контроллера;

- посылка сигнала

BREAK;

5-3 Выбор способа конгроля по четности:

ххО

- отсутствие бита контроля по четности

(Л^;

001 - бит контроля формируется по четному паритету (Е);

143

Основы

телекоммуникации

Oil - бит контроля формируется по нечетному паритету (О);

101 - бит контроля равен

(М)\

111 - бит контроля равен

(5)

2 Число стоп-битов

0-1 стоп-биг;

1-2 стоп-бига

1-0 Длина слова

00-5 бит;

01-6 бит;

10-7 бит;

11-8 бит

Регистр управления модемом

(MCR,

базовый

адрес+4).

Данный регистр

управляет работой контроллера последовательной связи.

Бит Назначение

7-5 Не используются

4 Запуск автономного теста контроллера последовательной связи

3 Разрешает прерывания от контроллера

2 Определяемый пользователем запрос на прерывание

1 Устанавливает сигнал

на

линии интерфейса

RTS

О Устанавливает сигнал

на

линии интерфейса

DTR

Регистр состояния линии

(LSR,

базовый

адрес+5). Этот регистр сооб-

щает

компьютеру информацию о состоянии тракта приема-передачи контрол-

лера.

Бит Назначение

7 Всегда

6 Сдвиговый регистр передатчика пуст

5 Буферный регистр передатчика пуст

Принят BREAK

3 Ошибка кадрирования (нарушение синхронизации приемника и передатчика)

2 Ошибка четности

1 Ошибка переопределения данных

О Готовность принятых данных

Регистр состояния

модема

(MSR,

базовый адресов). При использова-

нии

модема

(или

нуль-модемного соединения), компьютер, опрашивая

этот

ре-

гистр, отслеживает все изменения состояния модема, что позволяет опреде-

лить

возможность передачи байта (наличие

сигнала

CTS),

необходимость

приема

информации (наличие сигнал

DCD) и т. п.

Четьфе старших бита регистра пока-

зывают уровень напряжения на соответствующей линии интерфейса

RS-232,

четьфе оставшихся - наличие изменения уровня сигнала

момента последне-

го чтения содержимого, так как любое чтение обнуляет эти биты.

144

2.4.

Технические

средства телекоммуникаций

Бит

Назначение

Сигнал на

линии

DCD

Сигнал

на

линии RI

Сигнал

на

линии DSR

Сигнал

на

линии

CTS

Изменение на линии DCD

Изменение

на

линии RI

Изменение

на

линии DSR

Изменение

на линии CTS

Существуют

две

стратегии организации обмена

по

интерфейсу RS-232:

• управляемый прерываниями

обмен

данных;

• последовательный опрос.

В первом случае контроллер инициализируется так, что те или иные собы-

тия в

контроллере или линиях интерфейса генерируют аппаратные прерывания.

Эти

прерьгоания обслуживает программа-обработчик, которая принимает оче-

редной символ, помещает его в буфер или передает очередной байт в интер-

фейс.

Основная программа читает байты уже из памяти, а при необходимости

передачи байта записывают его в передающий буфер.

Во втором случае компьютер вьшолняет бесконечный цикл опроса регист-

ров

контроллера, ожидая наступления некоторых событий.

Интерфейс

RS-449A.

отличие от RS-232C интерфейс RS-449A имеет две

отдельные электрические спецификации:

несимметричный электрический интерфейс RS-423 А;

симметричный электрический интерфейс RS-422A.

Если физическую удаленность

скорость

передачи,

определенные стандар-

том RS-232C, необходимо увеличить, то следует использовать альтернатив-

ные типы сигналов, определенные в стандарте RS-422A

(V.11).

В нем приме-

няют сочетание кабеля из витой пары и дифференциальных передающей и

принимающей схем (рис. 2.30). Дифференциальная передающая схема выра-

батывает два равных, но противоположной полярности сигнала для каждого

подлежащего передаче бита. Так как дифференциальная принимающая схема

чувствительна только к разности между двумя сигналами на двух своих вхо-

дах, то любой шум, воздействующий на оба провода, не окажет влияния на

работу приемника. Поэтому говорят, что дифференциальные приемные уст-

ройства обладают высокой помехоустойчивостью.

Стандарт RS-423A является производным от RS-422A и может бьггь ис-

пользован для приема выходного напряжения

помощью дифференциального

принимающего устройства согласно интерфейсу

RS-232C.

Стандарт RS-422A

в сочетании

кабелем из витой пары предпочтителен для расстояний порядка

100

м при скорости в

Мбит/с или для больших расстояний, но при меньших

скоростях (табл. 2.9). Важным показателем любой линии передачи является

ее характеристическое сопротивление

{импеданс)

Z^.

Приемное устройство

145

Основы

телекоммуникации

DTE

DCE

Рис.

2.30

Интерфейс

RS-422A

поглощает (адсорбирует) все поступившие сигналы, если

линия

заканчивается

согласующим сопротивлением, равным

Z^.

В противном случае возникает от-

ражение сигнала, которое, в свою очередь, вызывает дальнейшее искажение

поступивших сигналов. Поэтому

линии

передачи,

как

правило, заканчиваются

согласующим сопротивлением (R = 50...200 Ом).

Механические характеристики, определяемые стандартом ISO 4902 (37-

контактный разъем и

9-контактный

разьем для вспомогательного канала связи).

Зависимость максимальной скорости передачи от длины кабеля для RS-449A

приведена в табл. 2.9.

Таблица

2.9.

Зависимость

скорости передачи от

расстояния

для

интерфейса RS-449A

Интерфейс

RS -423А

RS-422A (несогласованный)

RS-422A (согласованный)

Расстояние, м

100

1000

10 000

100

1000

100

Интерфейс V.35. Этот стандарт определяет синхронный интерфейс для

работы с аналоговым широкополосным модемом со скоростью 48 кбит/с. Каж-

дый широкополосный модем устанавливает связь через широкополосный ана-

логовый канал, используя полосу частот от 60 до 108 кГц, что эквивалентно

полосе

частот,

занимаемой

телефонными

каналами.

Интерфейс V.35 исполь-

зует комбинацию несимметричных (V.24/V.28) и симметричных (V.35) сигна-

146

2.4.

Технические

средства телекоммуникаций

ЛОВ,

и поэтому максимальная длина интерфейсного кабеля та же, что и для

интерфейса RS-232C - 15 м. Интерфейсный разъем V.35 имеет 34 контакта по

стандарту ISO

2593.

Модемы

Модем ( модулятор-ДЕМодулятор) - устройство преобразования последо-

вательных цифровых сигналов в аналоговые и наоборот. Организации по стан-

дартизации используют общепринятые аббревиатуры АПД (DCE) для обозна-

чения модема и ООД (DTE) для обозначения ЭВМ, терминала или любого

другого устройства, подключенного к модему.

Модем имеет два интерфейса (рис. 2.31): интерфейс между DCE и аналого-

вой

линией;

многопроводный цифровой интерфейс между DCE и DTE.

Двухточечный канал. Простейшей сетью с использованием модемов, яв-

ляется двухточечный канал, в котором два модема соединены («точка-точ-

ка») одной линией связи (рис. 2.32). Дискретный канал соединяет DTE с DTE.

Линия соединяет DCE с DCE. Дискретный канал состоит из линии и двух

модемов (DCE). При скорости передачи до 20 кбит/с используют интерфейс

V.24A^.28 (RS-232C), осуществляемый с помощью 25- или

9-контактного

гнез-

дового разъема. При скоростях передачи от 48 до 168 кбит/с необходимы

широкополосные модемы, работающие с интерфейсом

V.35.

При скоростях до

20 кбит/с может быть использована любая из следующих аналоговых теле-

фонных линий связи:

Модемный Телефонный

интерфейсный кабель интерфейсный кабель

RJ-11

К розетке

телефонной сети

Рис. 2.31. Интерфейсы модема

Линия связи

Рис. 2.32. Двухточечный канал

147

Основы

телекоммуникации

• 4-проводная 2-точечная выделенная линия;

• 4-проводная многоточечная выделенная линия;

• 2-проводная 2-точечная выделенная линия;

• 2-проводная 2-точечная коммутируемая линия (связь путем набора номе-

ра через КТСОП);

• 4-проводная 2-точечная коммутируемая линия, организуемая путем ком-

мутации двух отдельных двухпроводных соединений через КТСОП.

Стандарты телефонных каналов как производные от стандартного канала

КТСОП тональной частоты (ТЧ) представлены в табл. 2.10.

Таблица 2.10. Стандарты телефонных каналов

Канал

Стандартный ТЛФ канал

Первичный широкополосный

Вторичный широкополосный

Третичный широкополосный

Четверичный широкополосный

Количество

каналов ТЧ

300

900

Полоса частот, кГц

0.3...3.4

60...

108

312...552

812...2044

8516...12338

Режимы работы модемов. Асинхронный. Данный режим реализуется

асинхронными модемами, такие модемы являются низкоскоростными и рабо-

тают в режиме асинхронной стартстопной позначной передачи. Асинхронные

модемы не генерируют сигналов синхронизации и могут работать с любой ско-

ростью передачи в пределах установленного для них диапазона скоростей.

Синхронный. В этом режиме данные передаются блоками, а модем гене-

рирует сигналы синхронизации. Модемы, реализующие только синхронный

ре-

жим, называются синхронными модемами.

Асинхронно-синхронный. Такой режим реализуется асинхронно-синхрон-

ными модемами, которые могут осуществлять как синхронную, так и асинх-

ронную передачу. Модем удаляет стартстопные биты перед передачей и вос-

станавливает их после приема. Модемы этого типа генерируют сигналы

синхронизации и имеют встроенный асинхронно-синхронный преобразователь.

Асинхронно-синхронные и синхронные модемы работают только с фиксиро-

ванными скоростями передачи.

При выборе модема важное значение имеет тип связи, обеспечиваемый

комбинацией модема с линией. Любой модем, работающий с 4-проводной

2-точечной линией, использует одну пару для передачи, а вторую для приема и,

следовательно, может работать в дуплексном режиме. Модемы, работающие

с 4-проводной многоточечной линией работают только в полудуплексном ре-

жиме. Модемы, имеющие только синхронный режим, работают на 4-провод-

ной 2-точечной некоммутируемой линии, либо через КТСОП, при этом одно

коммутируемое соединение обеспечивает полудуплексный режим, а двойное

коммутируемое соединение - дуплексный режим.

Асинхронно-синхронные модемы работают на 2-проводных линиях (либо

выделенных, либо коммутируемых), и все они могут работать в дуплексном

режиме.

148

2.4.

Технические средства телекоммуникаций

Совместимость модемов. Передачу данных по телефонным сетям опи-

сывают рекомендации серии V Международного телекоммуникационного со-

юза (Сектор технических стандартов) - ITU-T. Проверкой совместимости яв-

ляется проверка номера серии V, указанного фирмой-изготовителем в

спецификациях модема. Классификация рекомендаций серии V приведена на

рис.

2.33.

Модем может работать в двух режимах: командном и передачи данных.

Командный режим модема, как правило, устанавливается:

при включении питания;

при первоначальной инициализации модема;

Модемы серии

ITU-T

Иш^ерфейс канала телефонного типа

V.24/V.28 до 20 000 бит/с

Интерфейс широкополосного канала

У.35(48...164кбиг/с)

4-гфоводный

вьщеленный канал

__|

2-проводный

выделенный/коммутируемый канал

2-точечное

дуплексное

соединение

Многоточечное

полудуплексное

соединение

2-точечное дуплексное

соединение

Широкополосный

канал

60... 108

кГц

2-точечное дуплексное

соединение

V.23

V.26

V.27

V.27b

V.29

LV.33

1200

2400

4800

9600

14400 1

Версии

модемов

быстрого

опроса

V.26—V.29

Частотное

уплотнение

Обратный канал

V.23 А 75/1200

1200/75

Эхо-компенсация,

решетчатое

кодирование

ИКМ модемы

V.26t

V.32

V.32b

V.34

V.34b

A/S

2400

9800

14400

28800

33600

V.90 A/S 56000

V.35 8 48кбиг/с

V.36 S 48...72 кбит/с

V.37 S 96...168 кбит/с

Рис. 2.33. Классификация рекомендаций серии V для модемов

149