Die RS323 Schnittstelle

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Die RS323 Schnittstelle

Die RS232 -

.

Schnittstelle

Referat

in der Vorlesung

Rechnerstrukturen

C.Wehland ; A.Gerst


Inhalt

• Überblick serielle PC-Schnittstelle

• Übertragungsparameter

• Signale der seriellen Schnittstelle

• Register der seriellen Schnittstelle

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Die serielle PC-Schnittstelle

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Die serielle PC-Schnittstelle

• Jeder PC ist mit mindestens einer,

normalerweise mit zwei seriellen

Schnittstellen ausgestattet. Verwendung

finden angeschlossene Maus, Modem,

Drucker, usw.

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Die serielle PC-Schnittstelle

Die übliche amerikanische Bezeichung ist

RS232-Schnittstelle (genauer RS232-C),

während die europäische Norm die

Schnittstelle als V24/V28 bezeichnet.

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Die serielle PC-Schnittstelle

• Im Gegensatz zur parallelen Schnittstelle, die die

Daten in 8-Bit-Breite vom PC zur Peripherie

sendet und nur in einigen Fällen bidirektional

betrieben werden kann, ist die serielle

Schnittstelle grundsätzlich in beiden Richtungen

zu betreiben. Die Daten werden nacheinander auf

einer Leitung nach einem bestimmten Protokoll

zwischen PC und Peripherie ausgetauscht.

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Übertragungsparameter

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Synchrone Übertragung

• Der Datenaustausch kann bei der RS232C-

Schnittstelle in der synchronen oder in der

asynchronen Betriebsart erfolgen. Beim

synchronen Datenaustausch können der

Sender und der Empänger mit

unterschiedlichen Taktraten arbeiten,

wobei über getrennte Leitungen signalisiert

wird, wann die Datenbits gültig sind.

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Asynchrone Übertragung

• PC-üblichen Betriebsart, der asynchronen,

arbeiten Sender und Empfänger mit

derselben Taktrate, und im Datenstrom

sind zur Synchronisation ein Startbit, ein

Stoppbit und eventuell ein Paritätsbit

untergebracht.

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Übertragungsparameter

Startbit

Stoppbit

Anzahl der Datenbits

Parität

Baudrate

Durch das Startbit wird

der Datenanfang, durch

das Stoppbit das

Datenende

gekennzeichnet. Die

Anzahl der Datenbits

beträgt in den meisten

Fällen 7 oder 8 Bit.

Übertragungsfehler

können durch das

Paritätsbit erkannt

werden.

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Parity Bit

• No Parity

Es findet keine Paritätsprüfung statt.

• Even Parity (gerade Parität)

Der Datensender zählt alle Bits, die den Wert ”1” haben und setzt das

Paritätsbit auf ”1”, wenn die Summe der Bits ungerade ist. Das

Paritätsbit wird auf 0 gesetzt, wenn die Summe der Bits gerade ist.

Der Empfänger addiert die Anzahl der gesetzten Datenbits mit dem

Paritätsbit. Die Summe ist immer gerade. Ist die Summe ungerade, liegt

ein Übertragungsfehler vor.

• Odd Parity (ungerade Parität)

Das Verfahren entspricht dem der geraden Paritätsprüfung, lediglich die

Summe aus den gesetzten Datenbits und dem Paritätsbit ist immer

ungerade.

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Das Paritätsbit (parity bit)

– Ein Beispiel für eine Übertragung mit 8e1

• Bitstream: 0 1 11 010001„1“ 0 0

– Paritybit muss eine „1“ sein

• Bitstream: 0 1 01010001 „0“ 0 0

– Paritybit muss eine „0“ sein

• Analoges gilt für " ungerade " Parität.

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Baudrate

Die Übertragungsgeschwindigkeit wird in

BAUD (Zustände pro Sekunde / bps) angegeben.

Typische Werte für die Baudrate sind:

300 600 1200 2400 4800 9600

19200 38400 57600 115200

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Übertragungsbedingung

• Sollen zwei Geräte miteinander über die

RS232-Schnittstelle kommunizieren so

muss das Übertragungsformat bei beiden

Geräten gleich eingestellt sein.

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Übertragungssicherheit

Die Kabellänge, der Pegel und die

Übertragungsgeschwindigkeit bestimmen

die Übertragungssicherheit. Ist die

Übertragung nicht störungsfrei, sollte

zuerst die Übertragungsgeschwindigkeit

reduziert werden.

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Signale der seriellen Schnittstelle

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Signale der seriellen Schnittstelle

• Signalübermittlung

• Pinbelegung

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Pegel

Die Norm-Pegel der seriellen Schnittstelle entsprechen

nicht dem TTL-Pegel wie bei der parallelen Schnittstelle,

sondern hier entspricht eine logische Eins einem

Spannungswert von –3V bis –15V und eine logische Null

einem Wert von +3V bis +15V (Der Bereich von +3..-3

Volt ist nicht eindeutig definiert). In der Praxis sind die

Pegel jedoch meist geringer und betragen höchstens +/-

12V, weil das Netzteil des PCs keiner höhere Spannung

zur Verfügung stellt. Durch die Verwendung der relativ

hohen Spannungswerte kann die Kabellänge 30m und

mehr betragen, und Störungen sind nicht so kritisch.

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Das Senden von Daten

• Das Format eines seriellen Bitstromes (7o1)

Hier wird das Zeichen: 1010011 übertragen

LSB: Bit mit der niedrigsten Wertigkeit; MSB: Bit mit der höchsten Wertigkeit

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Das Empfangen von Daten

Die Abtastungsrate beim Empfangen

Der Empfänger tastet das Signal auf der Leitung mit hohem Abtast-Takt ab, bis ein Startbit

entdeckt wird. Anschließend wird die Takteinstellung auf den ankommenden Bitstrom

eingestellt. Sobald die vorgewählte Anzahl Bit angekommen ist, wird wieder auf die hohe

Taktrate umgestellt.

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Pinbelegung (EIA RS232-C)

Die RS232-Norm benutzt die V.24 Vereinbarungen und

gibt genauere Spezifikationen über den Stecker und deren

Pinbelegung:

25 pin Stecker 9 pin Stecker

PIN No. DESCRIPTION 13 Secondary CTS PIN No. DESCRIPTION

1 Protective Ground 14 Secondary TD 1 Carrier Detect

2 Transmit Data 15 Transmitter Signal Element Timing 2 Receive Data

3 Receive Data 16 Secondary RD 3 Transmit Data

4 Request To Send 17 Receiver Signal Timing Element 4 Data Terminal Ready

5 Clear To Send 18 Unassigned 5 Signal Ground

6 Data Set Ready 19 Secondary RTS 6 Data Set Ready

7 Signal Ground 20 Data Terminal Ready 7 Request To Send

8 Receive Line Signal Detect/Carrier Detect 21 Signal Quality Detector 8 Clear To Send

9 Reserved 22 Ring Indicator 9 Ring Indicator

10 Reserved 23 Data Signal Rate Selector

11 Unassigned 24 Transmit Signal Element Timing

12 Secondary RLSD 25 Unassigned

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Verbindungsstecker

• In einem PC wird entweder ein 9-poliger oder ein 25-

poliger Verbindungsstecker eingesetzt. Im Original-PC

wurde die 25polige Verbindung verwendet, während mit

den ATs die 9polige eingeführt wurde. Heute sind beide

Verbindungen üblich, und um Verwechslungen mit der

ebenfalls 25poligen parallelen Schnittstelle zu vermeiden,

sind die seriellen Verbindungen am PC als Steckkontakte

(male) ausgeführt. Um die Verbindung zwischen Geräten

mit unterschiedlichen Steckverbindungen herstellen zu

können, sind zahlreiche Adapter verfügbar.

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Adapter

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Pinbelegung 9-polig

Im einfachsten Fall besteht

eine RS232-Verbindung

lediglich aus 3

Leitungen:

RXD, Empfangsleitung

TXD, Sendeleitung

GND, Masseleitung

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Anschlussarten

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Anschlussarten

• Wie die RXD- und TXD-Leitung des PCs

mit der Peripherie verbunden wird, hängt

von dem anzuschliessenden Gerät ab.

Häufig verwendete Verbindungen, die sich

alle auf die 25polige Verbindung beziehen,

sind im Bild zuvor angegeben.

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Anschlussarten

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• Einige Leitungen (RXD, TXD)

sind dabei “Über Kreuz”

angeschlossen. Die Sendeleitung

des PCs ist die Empfangsleitung

der Peripherie und umgekehrt.

Diese Verbindungsart, die als

Nullmodem bezeichnet wird,

findet Verwendung wenn Daten

zwischen zwei PCs ausgetauscht

werden oder ein Drucker oder ein

Plotter angeschlossen werden

sollen.

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Anschlussarten

• Beim Anschluss von Peripherie an die serielle PC-

Schnittstelle kann es auch vorkommen, dass die

Leitungen eben nicht gekreuzt werden. Dies ist bei

Modems der Fall, von denen sowohl Daten empfangen

als auch gesendet werden können. Die Daten werden aber

nicht in dem Modem verarbeitet, sondern nur zum PC

weitergegeben. Das Modem fungiert als

Datenübertragungseinrichtung (DÜE) und der PC als

Datenendeinrichtung (DEE). Für die Verbindung von

zwei Datenendeinrichtungen werden immer gekreuzte

Leitungen verwendet.

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Handshaking (Hardware)

Die Übertragungssicherheit wird

grösser, wenn man zwischen den

Geräten ein Handshaking durchführt.

Dann werden nicht nur die Datenleitungen

miteinander verbunden sondern auch die

Leitungen RTS und CTS. Mit CLEAR TO SEND (CTS)

meldet die Peripherie, dass diese Daten zur Verfügung hat.

Ist der Empfänger bereit, diese Daten zu übernehmen, teilt er

dies mit der Leitung REQUEST TO SEND (RTS) mit.

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Handshaking (Hardware)

• Eine weitere Verbesserung der

Übertragungssicherheit ergibt sich

durch die Verwendung der Leitungen

DATA TERMINAL READY (DTR)

und DATA SET READY (DSR).

Über diese Leitungen wird dem

Empfänger die Betriebsbereitschaft

des Senders mitgeteilt. DTR kann

dabei als BUSY-Signal des

Empfängers verstanden werden.

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Handshaking (Software)

• Falls eine Software die Unterstützung der Handshakeund

der Betriebsbereitschaftsleitungen erfordert, die

Peripherie diese jedoch nicht zur Verfügung stellt, ist

eine Verbindung wie in Bild D üblich. Es werden dann

lediglich die Datenleitungen verwendet, während die

anderen Signalleitungen gebrückt

werden, um dem Sender das

Vorhandensein der anderen

Signale vorzutäuschen.

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Anschlussarten

• Verbindung, die häufig beim Anschluss

von Plottern an einen PC verwendet wird

(Bild E). Der Handshakeleitung CTS und

der Bereitschaftsleitung DSR des PCs

werden mit der Leitung DTR der

Peripherie die Bereitschaft zur

Datenaufnahme mitgeteilt. Über die

Leitung DATA CARRIER DETECT

(DCD) teilt die Peripherie dem PC mit,

dass sich der Signal-Pegel innerhalb des

zulässigen Spannungsbereichs befindet.

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Register der seriellen Schnittstelle

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Register der seriellen Schnittstelle

• Das BIOS des PCs unterstützt bis zu vier serielle

Schnittstellen, denen teilweise noch über Jumper

oder DIP-Schalter die Basisadresse und ein

Interruptkanal (IRQ3, IRQ4) zugewiesen werden

können (meistens fest vorkonfiguriert).

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Datenumsetzung (UARTs)

• In einem PC wird für die serielle

Schnittstelle seltenst noch der Baustein

8250 verwendet, standardmässig aber sein

verbesserter Nachfolger, der 16450. Der

8250 kann mit einer maximalen

Übertragungrate von 9.600 Baud, der

16450 mit 115.200 Baud arbeiten.

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Was ist ein UART

• UART (Universal Asynchronous Receiver-

Transmitter)

Ein universeller asynchroner

Empfänger und Sender

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UART

Die von der CPU gesendeten parallelen Daten werden

vom UART in serielle umgesetzt und die empfangenen

Daten in parallele. An XTAL1 und XTAL2 wird ein

Quarz angeschlossen. Aus der Frequenz wird die

Einstellung der Baudrate abgeleitet. Die Leitung SIN

(Serial In) entspricht der RXD-Leitung, die Leitung

SOUT (Serial Out) der TXD-Leitung. Alle Leitungen, die

auf die Anschlussbuchse gelangen (siehe Tabelle

Pinbelegung 9-polig), werden über Treiberbausteine

(1488, 1489) vom TTL-Pegel auf den Pegel der RS232-

Schnittstelle umgesetzt.

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Der UART

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Der schematische

Aufbau eines UART

16550

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UART

• Ausgehend von der Basisadresse unter der sich

das jeweilige Empfangsregister befindet, sind

noch weitere Register für die seriellen

Schnittstellen notwendig, welche in der Tabelle

für COM1 angegeben sind. Der 16450 hat ein

zusätzliches Register (Scratch-Pad- / FIFO-

Register), welches als Datenzwischenspeicher

dient, jedoch keinen Einfluss auf die eigentliche

Funktion des UARTs hat.

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UART Register

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UART

• Im Empfangsregister werden die empfangenen Daten

gespeichert und im Senderegister die zu sendenden

Daten. Das Senderegister dient ausserdem als Register für

das untere Byte der Baudrate (LSB). Das Bit 7 im

Leitungs-Steuerregister muss High sein, wenn die

Baudrate eingeschrieben werden soll. Das MSB der

Baudrate, ebenfalls mit Bit7=1 im Leitungssteuerregister,

in die Adresse 3F9h geschrieben. Falls dieses Bit nicht

gesetzt ist, ist der Zugriff auf das Sende- und das

Interrupt-Aktivierungs-Register gegeben.

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