serijski interfejs rs232c i njegova primena

VISOKA POSLOVNA ŠKOLA STRUKOVNIH STUDIJA

BLACE

DIPLOMSKI RAD

SERIJSKI INTERFEJS RS232C I NjEGOVA PRIMENA

Mentor: Kandidat:

Dr. Danilo Oklobdžija Aleksandar Filipović

34/10-R

U Blacu, Jul 2013 god.

Diplomski rad: Serijski interfejs RS232C i njegova primena Aleskandar Filipović 34/10-R

- 2 -

Sadržaj

1. UVOD ...................................................................................................................... - 3 -

2. PRENOS PODATAKA .......................................................................................... - 4 -

2.1. Asinhroni prenos podataka .............................................................................. - 11 -

2.2. Sinhroni prenos podataka ................................................................................ - 13 -

2.3. Tehnike digitalnog kodiranja ........................................................................... - 14 -

2.4. Modulacione tehnike i modemi ........................................................................ - 15 -

2.5. Standardi za prenos podataka ......................................................................... - 19 -

3. RS-232 standard ................................................................................................... - 20 -

3.1. Podržane vrste ramova i njihove oznake ........................................................ - 25 -

3.2. Hardver koji podržava RS-232 ........................................................................ - 26 -

3.3. RS-232C ............................................................................................................. - 28 -

4. USB – (Universal Serial Bus) .............................................................................. - 39 -

5. Zaključak .............................................................................................................. - 42 -

6. Literatura .............................................................................................................. - 44 -


- 3 -

1. UVOD

RS-232 standard nastao je daleke 1960. godine, kada je prihvaćen od strane EIA (eng.

Electronics Industry Association). Standard se stalno dopunjavao, tako da je 1969.

godine izdat RS232-C standard, koji koriste i PC računari. 1987. godine izdata je četvrta

revizija ovog standarda pod oznakom RS-232D. U ovom standardu dodate su tri nove

testne linije. Poslednji standard ovog načina prenosa nastao je 1991. godine pod

oznakom RS232-E.

Električne osobine serijskog porta RS232-C standarda su sledeće :

• logička nula "SPACE" nalazi se u opsegu napona +3 V do +25 V,

• logička jedinica "MARK" je u opsegu -3 V do – 25 V,

• oblast između -3 do + 3 V nije definisana,

• napon na kolu ne sme da pređe 25V u odnosu na masu (GND),

• struja kola ne sme preći 500 mA.

Oblik signala kod RS232 standarda dat je na slici 0.

Slika 0. Oblik signala kod RS232 standarda

Stanje kada nema slanja podatka, tj. linija je slobodna, označeno je MARK naponom.

Prenos počinje kada linija pređe u SPACE stanje, što predstavlja START bit. Iza

START bita dolaze bitovi podataka i to tako da je jedinica predstavljena negativnim

naponom, a nula pozitivnim. Ovo je najčešće u suprotnosti sa ustaljenom logikom da je

+5 V logička jedinica, a 0 V logička nula. Problem rešava prijemno kolo (npr.MAX232,

ST232, ICL232, MAX3232, ST3232,ICL3232 itd.) konvertujući napone tako da su

prilagođeni naponima interfejsa koji se koristi. Posle bita podatka dolazi bit parnosti

koji se koristi za detekciju jednostruke greške u prenosu. Iza bita parnosti signal se

postavlja u MARK stanje što označava početak STOP bita. Prema RS232 standardu broj


- 4 -

stop bitova može biti: 1, 1.5 ili 2. Nakon završetka STOP bitova, linija je spremna za

slanje novog karaktera. PC računari koriste kao DATA bite najčešće 7 ili 8 bita. Između

slanja dva karaktera linija se nalazi u MARK stanju, a u toku prenosa više puta prelazi

iz MARK u SPACE stanje u zavisnosti od broja jedinica i nula. To znači da se linija

može nalaziti u SPACE stanju najviše u slučaju kada karakter sadrži sve nule. Ova

osobina prenosa upotrebljena je za uvođenje specijalnog znaka nazvanog BREAK

(prekid). Ovaj se signal koristi kako bi se dala prijemniku signalizacija da je došlo do

problema u slanju podataka. Serijski prenos počinje tako da predajna strana šalje

prijemnoj strani signal RTS - zahtev za slanjem, dok prijemnik ako je spreman za

prijem odgovara signalom CTS - spreman za prijem. Predajnik zatim šalje podatke

prijemniku. Nakon prijema podataka, prijemnik proverava da li su podaci primljeni bez

greške i za to vreme javlja predajniku da je zauzet. Ako su podaci primljeni bez greške,

prijemnik šalje predajniku signal potvrde ACK (eng. Acknowledgment - ASCII 6), a u

slučaju ako se pojavila neka greška, šalje signal negativne potvrde NAK (ASCII 21).

Zavisno od upotrebljenog protokola, odgovor predajnika na dobijeni NAK signal može

biti ponovno slanje podataka.

2. PRENOS PODATAKA

Prenos podataka predstavlja prenos kodirane informacije. Obično se prenos podataka

odnosi na serijski prenos podataka. No, nezavisno od toga što se u većini slučajeva

implicitno podrazumeva, prenos podataka se može ostvariti kao:

• paralelni - kada se prenos većeg broja bitova podataka vrši istovremeno (tipično se

ovakav prenos ostvaruje preko sistemske magistrale ili neke druge magistrale za

proširenje, tj. preko većeg broja vodova);

• serijski - prenos podataka se vrši bit po bit preko jedinstvenog voda ili

komunikacionog kanala (tipičan primer je komunikaciona linja).

Osnovne karakteristike oba načina prenosa su sledeće. Paralelni prenos je brži od

serijskog, ali je znatno skuplji, jer zahteva veći broj veza (vodova ili kanala za prenos).

Serijski prenos je pouzdaniji, jer se prekid u prenosu uvek može lako ustanoviti. Kod

serijskog prenosa skup pravila za razmenu podataka između dva uređaja (protokoli) je

bolje definisan (postoje međunarodni standardi i norme za prenos), a kod paralelnog


- 5 -

prenosa, zbog različitog obima kod prenosa paralelnih podataka, to nije slučaj. Imajući

sve ovo u vidu, paralelni prenos podataka se više preferira kod prenosa podataka na

kraća rastojanja (do nekoliko metara, tj. više "interno" u okviru računarskog okruženja

kao što je interfejs računar i štampač), a serijski prenos za prenos podataka na veća

rastojanja (prenos podataka između dva računara koji mogu biti udaljeni i na hiljade

kilometara).

Sl. 1. Aplikacija koja koristi paralelno→serijsku i serijsko→paralelnu konverziju.

Kako se komunikacije u okviru računarskog/mikroračunarskog sistema ostvaruju preko

sistemske magistrale u paralelnoj formi, evidentno je da je potrebna paralelno↔serijska

konverzija, kada se vrši sprega sistema koji sa jedne strane obavljaju paralelni, a sa

druge strane serijski prenos podataka.

Na slici 1 prikazana je jedna aplikacija koja koristi obe konverzije, paralelno→serijsku i

serijsko→paralelnu, da bi ostvarila prenos n-tobitnih paralelnih podataka od predajnika

do prijemnika preko serijske komunikacione veze.

Pomerački registri (slika 2), koriste se kao sklopovi za konverziju podataka iz

paralelnog u serijski oblik i obratno.


- 6 -

Sl. 2. Primena pomeračkih registara za konverziju parelenih podataka u serijske i

obrnuto.

Sinhronizacija rada predajnika i prijemnika je kritična i predstavlja jedan od osnovnih

problema kod rada ovakvih sistema; potrebno je na neki način izdvojiti na prijemnom

kraju takt, ali takođe i odrediti kraj poruke. O ovom problemu sa više detalja

govorićemo nešto kasnije. Na slici 3 prikazan je jedna tipična serijska U/I aplikacija.


- 7 -

Sl. 3. Serijski prenos podataka.

U ovom slučaju postoji komunikaciona veza za prenos podataka između terminala i

mikroračunara. Podatak se konvertuje iz paralelnog u serijski oblik na magistralnom

interfejsu i prenosi bit po bit duž linije. Ako se prenos podataka vrši na relativno kratka

rastojanja preko posebnih linija (kao što je prikazano na slici 3), tada se prenos podataka

može ostvariti direktno u digitalnoj formi. Postoje različiti standardi za definiciju

logičkih nivoa i signala koji se koriste za digitalni prenos podataka kao što su RS-232 i

drugi (standarde ćemo izučavati detaljnije).

Digitalni signali imaju veoma brze usponske i opadajuće ivice, ali takođe nivo signala

može biti 1 ili 0 tokom veoma dugog vremenskog perioda. Ovo ukazuje da se za prenos

koristi veoma širok frekventni spektar, počev od jednosmerne komponente (DC) do

harmonika bitske brzine impulsa koji se prenese. Telefonske linije kao medijum po

kome se vrši prenos podataka ne mogu prenositi DC nivoe ili vrlo visoke frekvencije.

Zbog toga, ako je potrebno da se podaci prenose preko telefonskih linija neophodno je

da se vrši konverzija digitalnih signala u analogni oblik koji se može prenositi u

relativno uskom opsegu. Podsistemi koji obavljaju ovu funkciju se zovu modemi.

Modem predstavlja skraćeni izraz za par modulator-demodulator.

Jedan od osnovnih zadataka kod prenosa podataka sa jednog mesta na drugo, ogleda se

u tome da prijemnik mora znati kako da vrši interpretaciju podataka i otkriva moguće


- 8 -

greške u prenosu. Ovu funkciju moguće je ostvariti komunikacionim protokolom.

Tehnike za prenos podataka o kojima ćemo govoriti u daljem tekstu odnosiće se na

povezivanje između dva uređaja tipa tačka ka tački (point to point). Kompleksnije šeme

su računarske mreže koje obezbeđuju da veći broj računara komunicira između sebe.

Osnovni principi rada, kao i komunikacioni protokoli, su kod ovih sistema znatno

složeniji i o njima nećemo govoriti.

Jedna osnovna šema komunikacione veze prikazana je na slici 4.

Sl. 4. Sistem prenosa podataka.

Terminal (računar) na jednom kraju veze komunicira sa računarom (terminalom) na

suprotnom kraju. Komunikacionu vezu čine DTE (Data Terminal Equipment) i njemu

pridruženi modem na oba kraja.

Postoje dve osnovne konfiguracije veza koje zovemo veza tipa tačka-ka-tački (point-to-

point) i višetačkasta (multidrop) veza, kao što je prikazano na slici 5.

Sl. 5. Sistemi tačka-ka-tački i višetačkasti.


- 9 -

Kod prve, obe krajnje stanice komuniciraju na ravnopravnoj osnovi, dok kod druge

jednom uređaju je dodeljena uloga gospodara (glavne ili primarne stanice), a drugom

uloga potčinjenog (sekundarna stanica). Svaka stanica ima svoju sopstvenu jedinstvenu

adresu, pri čemu je primarna stanica ta koja kontroliše (nadgleda) celokupni prenos

podataka po ostvarenoj vezi (ovakav tip adresiranja nije neophodan kod veze tipa

tačka-ka-tački).

Fizički, komunikacionu vezu mogu činiti, kao što je prikazano na slici 6, dva ili četiri

voda. Kod dvožične veze postoji signalna linija i masa, dok kod četvorožične veze

postoje dve linije po kojima se prenose signali i dve žice za masu.

Sl. 6. Fizička sredstva za prenos podataka.

Organizacija logičke komunikacione veze prikazana je na slici 7. Kod simpleks veze,

linija je namenjena za predaju ili prijem ali ne i za jedno i za drugo. Kod poludupleks

veze, prenos se može realizovati u oba smera, ali u jednom trenutku veza se može

ostvariti samo u jednom smeru. Kod potpune dupleks veze, predaja i prijem se mogu

ostvariti u oba smera istovremeno.


- 10 -

Sl. 7. Logička sredstva za prenos podataka.

Osnovna mera koja ukazuje na brzinu prenosa podataka je broj prenetih bitova u

sekundi (bps - bits per second). Slična mera je Baudova brzina. Baudova brzina

predstavlja merilo o broju signalizirajućih jedinica u sekundi. Za slučaj kada se koriste

jednostavne modulacione tehnike merila bps i baud su jednaka jer za svaki bit na liniji

postoji samo jedno moguće stanje promene. Ali kada se koriste kompleksne tehnike,

kao što je fazna modulacija, i više od jednog bita može biti kodirano sa ciljem da ukaže

na promenu stanja. Na ovaj način, svaka signalizatorska jedinica (promena stanja) se

može koristiti za prenos većeg broja bitova, pa je u tom slučaju bitska brzina veća od

baudove. Ovakav aspekt posmatranja interesantan je sa stanovišta projektovanja veoma

brzih modema, ali sa tačke gledišta korisnika najvažnija specifikacija je bps. Nezavisno

od toga moramo biti svesni da se ova dva termina često koriste ali i da njihovo značenje

nije identično u svim situacijama.


- 11 -

2.1. Asinhroni prenos podataka

Na slici 8 prikazan je talasni oblik koji važi za asinhroni prenos jednog znaka.

Sl. 8. Talasni oblik kod asinhronog prenosa jednog znaka.

Svaki bit se predaje u toku jednog bitskog intervala. Kada se po liniji ne prenose podaci

za signal kažemo da je u stanju "marking", što odgovara logičkoj jedinici. Na početku

svakog znaka, signal se postavlja na stanje logičke 0 u trajanju od jednog bitskog

intervala. Ovaj bit se zove start bit, i on označava vremensku referencu prijemnika.

Nakon start bita, u toku svakog narednog bitskog intervala, generiše se po jedan bit

podatka, a obično prenos počinje sa LS bitom. Broj bitova podataka može biti 5-8 o

čemu postoji dogovor između predajne i prijemne strane. Opciono, nakon zadnjeg bita

podatka, može slediti bit parnosti. Na kraju sledi predaja jednog ili većeg broja stop

bitova. Stop bit obavlja sledeće dve funkcije:

• obezbeđuje minimalno kašnjenje između znakova (ovo je bilo posebno važno

obezbediti kod starih elektromehaničkih predajnika i prijemnika).

• stop bit u kombinaciji sa start bitom garantuje da će se javiti najmanje jedan

prelaz od stanja "mark" na stanje "space" na početku svakog znaka.

Za predajnik je generisanje serijskog niza podataka jednostavan zadatak. On prosto

generiše svaki bit uključujući start i stop bitove. Prijemnik ima u suštini teži zadatak.

Kod asinhronog prenosa predajnik i prijemnik obično ne rade sa istim taktom. Zbog


- 12 -

toga prijemnik mora tačno da odredi lokaciju granice svakog bita. Obično je takt

prijemnika 16, 32 ili 64 puta viši od bitske brzine. I pored toga što je ovaj takt asinhron

u odnosu na predajni takt, frekvencija rada prijemnika može se razlikovati samo za

nekoliko procenata u odnosu na frekvenciju rada predajnika.

Da bi odredio prvu bitsku ćeliju prijemnik čeka na prelaz mark→space, koji se javlja na

početku svakog start bita. Kod najvećeg broja serijskih prijemnika postoji detekcija

pogrešnog start bita, a verifikacija da li je linija u "space" stanju vrši se na sredini start

bita. Na ovaj način izbegavaju se uticaji kratkotrajnih smetnji koje mogu dovesti do

pogrešnog okidanja prijemnika. Prijemnik (ako je start bit bio ispravan) na dalje

uzorkuje liniju za podatke radi prijema prvog bita podatka 1,5 T posle važeće

detektovanog stanja mark→space, tj. odlučuje o važnosti bita podatka na sredini bitskog

intervala T. Na slici 9 prikazani su trenuci uzorkovanja bitova u poruci na prijemnom

kraju.

Sl. 9. Naponski nivoi kod RS232c interfejsa.

Kako je prenos svakog podatka (znaka) nezavisan od prethodnog, postoji proizvoljan

iznos pasivnog vremena između dva znaka, u kome se linija nalazi u stanju "mark".

Sinhronizacija prijemnika se izvodi na osnovu ivice koja označava početak "start" bita.

Sa te tačke gledišta, lokacija bitske ćelije zavisi od takta prijemnika koji treba da je

približan taktu predajnika. Imajući u vidu da se podaci mogu u okviru bitskog intervala

uzorkovati bilo gde, obično se dozvoljava neka greška od 3 do 5% u radu taktnih

frekvencija predajnika i prijemnika.


- 13 -

2.2. Sinhroni prenos podataka

Kod asinhronog prenosa podataka ne postoji dobra vremenska iskorišćenost sa

stanovišta prenosa informacije. Naime, najmanje dva od svakih deset bitova (start i

stop) ne nosi korisnu informaciju. Zbog toga se gubi 20% od ukupnog propusnog

opsega komunikacione veze. Teoretski, efikasnost se može povećati prenošenjem većeg

broja bitova između svakog para start i stop bitova. Ali, kako se ukupna sinhronizacija u

radu zasniva na prvom prelasku sa 1 na 0, bilo koja greška u taktnoj frekvenciji

akumulira se do pojave sledeće start-stop sekvence. Taktne frekvencije predajnika i

prijemnika moraju zbog toga biti veoma dobro uparene. Drugi problem kod asinhronog

prenosa se javlja zbog toga što prijemnik obično radi sa taktnom frekvencijom koja je

16 puta veća od one koja odgovara bitskoj brzini. Ovi problemi se mogu rešiti

korišćenjem sinhrone komnunikacije kod koje se zajedno sa informacijom predaje i

taktna pobuda. Taktna frekvencija se može prenositi kao poseban signal, ili ako se

koristi princip kodiranog samotaktovanja kojim se omogućava izdvajanje takta od

primljenih podataka. Nezavisno od toga koja se tehnika koristi prijemniku se dovodi

taktna frekvencija koja je sinhrona sa predajnom taktnom frekvencijom. Na ovaj način

se eliminiše potreba za uveđenjem start i stop bitova, kao i to da prijemnik radi sa

taktnom frekvencijom koja je umnožak u odnosu na bitsku brzinu. Na ovaj način postiže

se veća brzina kod prenosa podataka.

Na slici 10 prikazana je razlika između asinhronih i sinhronih signala. Kod asinhronih

sistema postoji najmanje uvek po jedan start i stop bit između svakog para znakova.

Kada se ne prenosi podatak, signal ostaje u "mark" stanju. Kod sinhronog sistema ne

postoji pasivno vreme između znakova. Kada se ne prenosi podatak, prenosi se podatak

o sinhronizaciji. Ovaj znak ne nosi informaciju, ali obezbeđuje da se ostvari

sinhronizacija prijemnika. Zbog veće brzine prenosa, sinhroni prenos podataka se

obično koristi za komuniciranje između računara. Nekoliko protokola je definisano za

korišćenje kod sinhronih komunikacionih sistema. O ovoj problematici nećemo govoriti


- 14 -

Sl. 10. (a) Asinhroni talasni oblik. (b) Sinhroni talasni oblik. (c) Format SDLC okvira.

2.3. Tehnike digitalnog kodiranja

Bit serijsko kodiranje, kod koga signal zadržava stanje kod svakog bita u toku bitskog

intervala, zove se NRZ (not-return-to-zero), pošto se signal ne vraća na nulu posle

svakog bita. Ova tehnika kodiranja se često koristi kod asinhronih komunikacija, ali ima

nedostatak što nije samotaktovana, tj. iz NRZ signala nije moguće izdvojiti taktnu

frekvenciju. Pored toga NRZ signal može ostati u istom stanju (0 ili 1) nedefinisan

period vremena, tako da je potrebno obezbediti u prenosu i DC spregu.

Da bi metod kodiranja bio samotaktovan, mora se garantovati prelaz signala iz jednog

stanja u drugo, nezavisno od toga kakav se oblik podataka prenosi. Da bi se ovaj cilj

ostvario potrebno je da se koriste posebna kola za sinhronizaciju koja se zovu PLL

(Phase Locked Loop).

Alternativni metod kodiranja je NRZI. Na slici 11 prikazan je način kodiranja jednog

oblika podatka različitim kodovima.


- 15 -

Sl. 11. Različiti načini kodiranja podataka.

NRZI kodiranje koristi prelaz na početku ćelije sa ciljem da označi 0 a ne koristi prelaz

da bi označio 1. Zbog toga NRZI nije u potpunosti samotaktovan kod, jer kontinualan

niz jedinica ne kreira prelaze.

Mančester kodiranje je primer tehnike samotaktovanog kodiranja. Postoji prelaz u

centru svake bitske ćelije; prelaz sa visoko→nisko ukazuje na 1, a sa nisko→visoko na

0. Prelazi se izvode u okviru granice bitske ćelije, tako da u okviru ćelije uvek postoji

po jedan prelaz, a ponekad i dva. Na žalost kodiranje i dekodiranje Mančester signala je

dosta teže u odnosu na NRZ signale.

Postoji veliki broj varijacija tehnike kodiranja. Bifazno kodiranje koristi prelaz na

svakoj granici bitske ćelije. Prisustvo ili odsustvo prelaza u centru svake bitske ćelije

određuje stanje bita. Prelaz u centru ćelije ukazuje na 1, a kada ne postoji prelaz u

centru ukazuje se na 0. Može se koristiti i suprotan prilaz, kada prelaz u centru bitske

ćelije ukazuje na 0.

2.4. Modulacione tehnike i modemi Sa ciljem da se prenese informacija između predajnika i prijemnika, osnovni logički

signali moraju se prvo konvertovati u oblik koji je pogodan za predaju po

komunikacionom kanalu. Postoji nekoliko tehnika da se ostvari ova funkcija. Kod

najstarijeg pristupa - elektromehanički teleprinter - kodiranje informacije se vrši

pomoću povorke unipolarnih DC impulsa (mark i space) kao što je prikazano na slici

12.


- 16 -

Sl. 12. Teleprinter (TTY).

U današnje vreme za prenos digitalnih podataka na duža rastojanja ili preko analognog

medijuma, kao što su telefonske linije, koriste se modemi. Opšti blok dijagram modema

prikazan je na slici 13.

Sl. 13. Blok dijagram modema.

Za prenos informacije po liniji se koriste različite tehnike. Na slici 14 prikazana je

tehnika RTTY (Radio Teletype) kod koje amplituda nosećeg signala varira da bi se

ukazalo kada je signal na 1 ili 0.


- 17 -

Sl. 14. (a) Radio teleprinter (RTTY). (b) FSK. (c) Fazna modulacija.

Druga često korišćena tehnika modulacije je FSK (Frequency Shift Key). Kod ove

tehnike (slika 15) jednom frekvencijom se predstavlja 0 a drugom 1. Na primer,

Kansans City Standard koji se koristi kod zapisa na kaseti kodira 0 sa 1200Hz a 1 sa

2400Hz. Fazno kodiranje, često nazvano PSK (Phase Sfift Key), koristi samo jednu

frekvenciju, ali promena faze ukazuje na podatak (slika 15). Fazno kodiranje zahteva

manji analogni propusni opseg za datu bitsku brzinu, ali je kompleksnije za

implementaciju. Na slici 15, 0 ima istu fazu kao i nosač, a 1 se kodira kao promena faze

od 180°.


- 18 -

Sl. 15. Talasni oblici kod FSK i fazne modulacije.

Ograničeni opseg telefonske linije (300Hz do 3.4kHz) ograničava brzinu sa kojom se

može vršiti prenos podataka. Kod poludupleks prenosa u jednom trenutku jedan modem

može koristiti ceo raspoloživi opseg, a kod potpunog dupleksa ukupni propusni opseg

mora biti deljiv.

Jedan od najstarijih standarda za modeme koji se još i dan danas koristi je Bell 103.

Ovaj standard koristi FSK modulaciju za predaju do 300 bps u potpunom dupleksu. On

koristi sledeće frekvencije:

• Modem koji šalje: 0=1070Hz

• Modem koji odgovara: 0=2025Hz

� 1=1270Hz 1=2225Hz

Drugi poznatiji standard je Bell 212A kojim se ostvaruje brzina prenosa od 1200bps u

režimu rada potpuni dupleks. Bell 212A koristi dvobitnu faznu modulaciju. Nosilac

predajnog modema je 1200Hz, a modema koji odgovara je 2400Hz. Termin dvobitni

ukazuje na činjenicu da se pomoću dva bita vrši kodiranje svakog faznog pomeraja. Na

slici 7.16 prikazane su četiri fazne promene za modem tipa 212A kada je nosilac

2400Hz. Baudova brzina fazno kodiranog signala odgovara brzini faznih promena.

Kako se sa dva bita kodira jedna fazna promena, niz podataka od 1200bps generiše

analogni signal od 600 bauda. Modeme možemo podeliti u tri grupe:


- 19 -

• modemi za prenos podataka na kraćim rastojanjima (short-haul modemi). Kao

što i samo ime ukazuje koriste se za prenos podataka u onim slučjevima kada su

predajnik i prijemnik blizu jedan drugom i ne postoji potreba za korišćenjem

javne telefonske mreže.

• "Voice-grade" modemi - koriste javnu telefonsku mrežu pa su zbog toga

ograničeni na opseg od 300Hz do 3.4kHz. Maksimalna brzina prenosa kod ovih

tipova modema je 9600bps.

• "Wideband" (širokopojasni) modemi za prenos koriste namenske ili radio kanale

i mogu raditi sa brzinama od 19.2 do 230.4kbps.

Savremeni modemi su "inteligentni" i zasnivaju svoj rad na mikroprocesorskom

upravljanju. Pored mogućnosti da vrše prijem i predaju podataka, takvi modemi imaju

mogućnost da se odazivaju na komande host računara, vrše automatsko povezivanje i

prekidanje veze, i generišu pozivnu informaciju po telefonskoj liniji.

2.5. Standardi za prenos podataka

Postoji veći broj standarda koji se odnosi na prenos podataka. Razmatraćemo samo

standarde koji se odnose na fizički nivo, a koji specificiraju naponske nivoe i definiciju

signala, da bi se mogli preneti bitovi sa jednog mesta na drugo. U daljem tekstu

opisaćemo standarde RS-232, RS422, RS-423, RS-449 i RS-485. Ovi standardi su

definisani od strane EIA (Electronic Industries Association). Postoje i standardi

definisani i od strane CCITT (Comitee Consultatif International Telephonique et

Telegraphique). CCITT-ovi standardi počinju sa slovom "V", na primer V.24 je

ekvivalentan sa RS-232.


- 20 -

3. RS-232 standard

RS-232C je standard za povezivanje DTE (Data Terminal Equipment) uređaja sa DCE

(Data Communication Equipment) uređajima primenom asinhrone serijske veze

relativno malih brzina. Računar spada u DTE uređaje, dok je tipičan primer DCE

uređaja modem.

C-verzija usvojena 1969.godine. Kasnije je standard malo modifikovan i preimenovan u

EIA 232, a od 1988 u TIA-232, da bi 1997. bio usvojen danas važeći standard TIA-232-

F. Razlike u odnosu na RS-232C su uglavnom u specifikacijama vremenskih dijagrama

i promeni standardom definisanih imena nekih signala ali suštinskih razlika nema.

EIA je skraćenica za društvo pod nazivom Electronic Industries Association, koje se

1988 transformisalo u Telecommunications Industry Association (TIA).

• Asinhrona serijska veza bitske brzine do 115,2 Kbita/s (originalno, standard

dozvoljava bitske brzine do 20Kbita/s). Bitske brzine koje se danas koriste su

9,6 Kb/s 19,2Kb/s, 33,6Kb/s, 56Kb/s, 115,2Kb/s ali i veće brzine, u vezama van

standarda.

• Standard za vezu od tačke do tačke.

• Maksimalna dužina kabla puno zavisi od brzine. Po standardu, za brzinu

19,2Kb/s, dozvoljena je dužina kabla oko 15m (50ft).

• Nesimetrična veza sa naponskim signalima.

• Naponski signali mksimalnih nivoa −25V (logička jedinica - mark) i +25V

(logička nula - space) iako standard dozvoljava nivoe ±25V, danas je uobičajeno

koristiti ±12V i manje.

• Prijemnik mora da bude u stanju da sve signale na ulazu između −3V i −25V

primi kao logičku jedinicu, a sve signala između +3V i +25V kao logičku nulu.

• Standard definiše izlaznu otpornost predajnika manju od 50Ω i ulaznu otpornost

prijemnika između 3kΩ i 7kΩ uz ulaznu kapacitivnost manju od 2,5nF.

• Podržana dupleks veza.

• Standard definiše oblik rama u koji se pakuje podatak koji se prenosi. Ram se

sastoji od jednog start-bita i jednog stop-bita. U ram se pored podatka (5-8 bita)

može ubaciti još i bit parnosti.


- 21 -

Slika iznad pokazuje izgled signala na linijama za prenos podataka sa dva logička nivoa.

Logička jedinica se u literaturi označava sa mark, a logička nula space. Na slici su dva

bajta koja se prenose neposredno jedan za drugim. Stanje kada se preko linije ne prenosi

ništa se obično naziva ”idle” i u tada je na vodu logička jedinica. Start bit je logička

nula, a stop bit logička jedinica.

Slika ispod pokazuje realni signal na linijama za prenos podataka pri prenosu ASCII

koda slova ‘K’ čiji je binarni zapis 010010112. Kada se podaci ne prenose preko voda

(idle stanje), na vodu je logička jedinica (negativan napon). Prenos bajta počinje

skokom napona na liniji na pozitivan napon (start bit, koji je logička nula). Prvi bit koji

se prenosi je LSB (bit najmanje pozicione vrednosti podatka) koji logička jedinica

(negativni napon). Zatim slede ostali bit do MSB. Na kraju dolazi Stop-bit koji je

logička jedinica (negativan napon). Po završetku prenosa podatka, vod ostaje u idle

stanju – negativan napon.


- 22 -

Bit parnosti se dodaje ramu iza bita označenog sa b7 (MSB) a pre stop-bita. Bit parnosti

ubacuje predajnik kao logičku nulu ili logičku jedinicu tako da broj logičkih jedinica

među devet bita (b0 do b7 plus bit parnosti) bude paran. Ako na prijemu broj logičkih

jedinica računajući osam bita podatka i bit parnosti, nije paran, podatak je prenet

neispravno. Ta greška se naziva greška parnosti PE (parity error) Zadatak prijemnika je

da ”raspakuje” podatak. Stop bit služi uglavnom za proveru valjanosti rama. Ako na

mestu gde treba da bude stop bit prijemnik prepozna logičku nulu nešto sa prenosom

nije u redu. Takva greška se naziva greška rama FE (framing error). Prijemnik može da

detektuje još nekoliko grešaka. Treba pomenuti grešku prepumavanja OE (overrun

error) koja nastaje ako računar ne preuzme prethodni bajt kada je naredni već stigao.

Prvobitna namena ovog standarda je bila veza računara (u početku teleprintera ili

terminala) sa modemom. Modem je preko telefonske linije bio povezan sa drugim,

udaljenim, modemom za koji je takođe povezan drugi računar. Vremenom je isti

standard sve više korišćen i za direktnu vezu dva računara ili računara i neke druge

periferije. Takva veza koja zaobilazi modem i povezuje dva DTE uređaja naziva se

”null-modem” veza.

Tabela ispod prikazuje raspored signala na danas korišćenom 9-polnom konektoru.

Pored ovog konektora, standard definiše i 25-polni konektor (muški DB25) sa dodatnim


- 23 -

signalima koji se danas izuzetno retko koristi. Raspored signala se razlikuje na DTE i

DCE uređajima. Kompletni podaci, vezano za raspored i ulogu signala na 25-polnom

konektoru ili na 9-polnom DCE konektoru se mogu naći u RS-232 standardu.

Muški RS232 DB9 9-polni konektor na PC (DTE uređaj)

Pin br. Signal i smer signala

1 Carrier Detect (CD) DETEKTOVAN

NOSILAC Ulazni (ka PC)

2 Received Data (RD) PRIJEMNI SIGNAL Ulazni (ka PC)

3 Transmitted Data

(TD) PREDAJNI SIGNAL Izlazni (od PC)

4 Data Terminal Ready

(DTR) PC UKLJUČEN Izlazni (od PC)

5 Signal Ground (SG) MASA

6 Data Set Ready (DSR) MODEM UKLJUČEN Ulazni (ka PC)

7 Request To Send

(RTS) ŠALJI MI Izlazni (od PC)

8 Clear To Send (CTS) SLOBODNO SLANJE Ulazni (ka PC)

9 Ring Indicator (RI) MODEM ZVONI Ulazni (ka PC)


- 24 -

NAPOMENE: U tekstu koji sledi, zbog jednostavnosti je pretpostavljeno da je PC

povezan sa modemom iako sa druge strane veze uopšte ne mora da bude modem

(i danas je sve ređe). Prevodi imena signala nisu zvanični i namenjeni su samo internoj

upotrebi.

Podebljani signali su neophodni za prenos informacije. Standard podržava dupleks

vezu pa pored povratnog voda SG (nožica 5) postoji još RD signal (nožica 2) koji je

prijemni – (signal od nekog drugog uređaja ka PC) i TD signal (nožica 3) koji je

predajni – (signal od PC ka nekom drugom uređaju). U uređajima koji danas koriste RS-

232 pretežno se koriste samo ova tri signala. Uobičajene oznake, pored

standardizovanih (RD i TD) su Rx i Tx ili RxD i TxD.

Ostali signali se mogu podeliti u dve grupe. Jedni su namenjeni „dogovoru”

(handshake) PC i modema o tome da li su spremni za razmenu podataka, a drugi su

informacija o statusu modema. Svi signali iz obe grupe su sa negativnom logikom.

Logička nula (pozitivan napon) označava da je signal aktivan (asserted), a logička

jedinica (negativan napon) označava da je signal neaktivan (deasserted)

Signale za dogovor (handshake) čine dva para signala. Jedan je DTR i DSR, a drugi

CTS i RTS.Signalom DTR računar obaveštava modem da je uključen (ovaj signal

postaje aktivan čim se PC uključi). S druge strane, modem šalje računaru informaciju da

je uključen i u stanju da uspostavi komunikaciju,tako što signal DSR postavi na aktivni

nivo (logička nula - pozitivan napon). Preciznije, za aktiviranje DSR signala potrebno je

da bude ispiunjeno još nekoliko uslova, detalji se mogu pronaći u standardu.

• DTR definiše računar. Pozitivan napon na DTR znači da je računar uključen.

• DSR definiše modem. Pozitivan napon na DSR znači da je modem uključen i u

stanju da komunicira sa drugim, udaljenim modemom preko telefonske linije.

• PC postavlja RTS signal na aktivni nivo (logička nula - pozitivan napon) kada je

spreman da nastavi da prima podatke od modema. Dakle računar nije zazuzet

obradom i traži od modema podatke, tačnije, obaveštava ga da je slobodan.

Signal sličan ovome koji šalje modem, naziva se CTS i kada modem aktivira

CTS, to je obaveštenje PC da je modem spreman da prima nove podatke,

odnosno da PC može slobodno da nastavi da ih šalje. Negativnim napon na CTS

modem traži od računara da ovaj prekine sa slanjem podataka.


- 25 -

• RTS definiše računar. Pozitivan napon na RTS znači da računar traži podatke od

modema (spreman je da ih primi).

• CTS definiše modem. Pozitivan napon na CTS znači da modem traži podatke od

računara (modem obaveštava računar da računar može slobodno da nastavi sa

slanjem podataka)

• CD i RI su signali statusa modema. Kada modem aktivira CI signal (postavi

logičku nulu – pozitivan napon) on time obaveštava PC da je uspostavio vezu

preko telefonske linije sa drugim, udaljenim, modemom. Modem određuje i

stanje RI signala. On aktivira RI signal (postavlja logičku nulu – pozitivan

napon) kad želi da obavesti PC da telefon u modemu zvoni (to jest da drugi,

udaljeni, modem traži uspostavu veze sa njim).

3.1. Podržane vrste ramova i njihove oznake Prijemnik mora da „zna” bitsku brzinu predajnika kao i oblik rama. Za oznaku vrste

rama koriste se tri znaka. Prvi je broj bita podatka (5,7 ili 8), drugi je oznaka kakav se

bit patrnosti koristi (N, E, O, M ili S), i treći je broj stop-bita (1, 2 ili 1.5). Što se tiče

parnosti, standard dozvoljava da se bit parnosti ne koristi (označeno sa N), da se koristi

„parna” parnost – broj logičkih jedinica paran (označeno sa E), zatim „neparna” parnost

– broj logičkih jedinica neparan (označeno sa O), da na mestu bita parnosti uvek bude

logička jedinica (označeno sa M) ili da na mestu bita parnosti uvek bude logička nula

(označeno sa O). Na primer, danas najviše korišćen oblik rama sa 8 bita podatka, bez

bita parnosti i sa jednim stop-bitom, bi nosio oznaku 8N1, dok bi ram 7E1 označavao

ram sa sedmobitnim podatkom, bitom parne parnosti i jednim stop-bitom.


- 26 -

3.2. Hardver koji podržava RS-232

Postoji hardver koji rešava probleme pakovanja rama na predaji, raspakivanja na

prijemu, proveru parnosti, generisavnja takta i mnogo toga drugog. Danas se takvi

uređaji uglavnom nazivaju UART (universal asynchronous receiver / transmitter) mada

ima i drugih naziva (ACIA, SPI, SCP). Ovaj sklop se povezuje jednostavno na

magistralu računara, a sa softverske strane se ponaša kao niz registara za razmenu

podataka, kontrolnih i statusnih informacija. Svakako najpopularniji UART je 16550A

čip kompanije National Semiconductor iz osamdesetih godina. Iako postoji puno novijih

i savremenijih čipova, većina njih se trudi da zadrži kompatibilnost sa 16550, možda

zbog toga što je UART u PC realizovan sa njim.

Skoro svi današnji mikrokontroleri na sebi imaju bar jedan UART, bilo samo sa TD i

RD signalom (bez mogućnosti dogovora handshake), bilo sa kompletnim setom RS-

232C signala.


- 27 -

UART čipovi, nažalost, realizuju serijsku komunikaciju ali na TTL logičkim nivoima

(0V - logička nula, 5V - logička jedinica). Da bi se ostvarila komunikacija sa drugim

uređajima koji poštuju RS232C standard, neophodno je konvertovati ove logičke nivoe

na nivoe definisane RS232C standardom gde za pouzdanu komunikaciju logička nula

treba da bude bar desetak volti, a logička jedinica minus desetak volti. Do pojave danas

najpopularnijeg čipa za ovu konverziju nivoa (MAX232), taj zadatak je bio noćna mora

za hardveraše jer je bilo nužno obezbediti dva nova naponska nivoa, +12V i -12V što je

zahtevalo dva nova ispravljača, stabilizatora, izvod na transformatoru... samo za ovu

namenu. MAX232, kompanije Maxim se napaja samo naponom logike 5V (danas

postoji i za 3,3V) a u sebi ima oscilator, podizač napona i translator nivoa za . Ovo kolo

zahteva samo četiri spoljašnja kondenzatora. Iako danas postoje mnogi drugi,

savremeniji pa i jednostavniji translatori nivoa, MAX232 i MAX3232 (sa 3,3V

napajanja) i njihovi klonovi su i dalje najzastupljeniji.

Jasno je da se serijska komunikacija može ostvariti i na TTL nivoima i to se često radi

kada se povezuju dva mikrokontrolera koji imaju UART. Na kraćim rastojanjima (do

1m), veza je pouzdana i na brzinama do 1Mb/s

Veze prema nekim od sajtova koji se bave RS-232 standardom:

http://www.camiresearch.com/Data_Com_Basics/RS-232_standard.html

http://www.lammertbies.nl/comm/info/RS-232.html

http://en.wikipedia.org/wiki/RS-232


- 28 -

3.3. RS-232C

RS-232C je najčešće korišćeni standard za rad na kraćim rastojanjima i srednjim

brzinama. Slovo C označava da je to treća verzija početno predloženog standarda, a RS

se odnosi na "Recommanded Standard". Kao što je prikazano na slici 7.16, prvobitno je

RS-232C bio namenjen za prenos podataka između uređaja tipa DTE (Data Terminal

Equipment kao što je računar) i uređaja tipa DCE (Data Communication Equipment kao

što je modem).

Sl. 7.16. Standardna RS-232 konfiguracija: terminal priključen na računar preko

modema i telefonske linije.

RS-232C je kako električki tako i funkcionalni standard; on specificira kako električne

nivoe signala pomoću kojih se predstavlja 0 i 1, tako i funkciju svakog signala u

interfejsu. U Tabeli 7.1 prikazane su osnovne električne karakteristike standarda RS-

232C, RS-423A, RS-422A i RS-485.


- 29 -

Tab. 1. Električne karakteristike uobičajenih EIA standarda.

Specifikacija RS-232C RS-423A RS-422A RS-485

Režim rada Balansirani Balansirani Nebalansirani Nebalansirani

Br.drajvera i

prijemnika dozvoljenih

po jednoj liniji

1 drajver, 1

prijemnik

1 drajver, 10

prijemnika

1 drajver, 10

prijemnika

32 drajver, 32

prijemnika

Maksimalna dužina

kabla

50 ft 4000 ft 4000ft 4000 ft

Maksimalna brsina

prenosa

20 kbps 100kbps 10 Mbps 10 Mbps

Maksimalni napon pod

proizvoljni uslovima

±25V ±6V -0.25 do 6V -7 do 12V

Izlazni signal drajvera:

Minimum

Maksimum

±5V

±15V

±3.6V

±6V

±2V

±5V

±1.5V

±5V

Opterećenje drajvera 3 do 7kΩ 450Ω min 100Ω min 54Ω min

Maksimalna izlazna

struja drajvera

(stanje visoke

impendanse):

Napajanje uključeno:

Napajnje isključeno:

NA

Vmax

/300Ω

NA

±100μA

NA

±100μA

±100μA

±100μA

Nagib uzlazne ivice

izlaznog signala

30V/μs max * NA NA

Opseg ulaznog napona

prijemnika

±15V ±12V ±7V -7 do 12V

Osetljivost ulaza

prijemnika

±3V ±200mV ±200mV ±200mV

Ulazna otpornost

prijemnika

3 do 7kΩ 4kΩ min 4kΩ min 12kΩ min

* minimumum zavisi od brzine prenosa, maksimum nije specificiran


- 30 -

Signali su nebalansirani (takođe nazvani nesimetrični ili single-ended) nasuprot

balansiranim (nazvani simetričnim ili diferencijalnim), što znači da je za prenos svakog

signala potrebna samo po jedna veza a zajednička za sve je masa. Električni nivoi koji

se koriste kod RS-232C, a odnose se na predajnik i prijemnik, prikazani su na slici 17.

Sl. 17. Nivoi signala kod RS-232. Margina šuma obuhvata marginu za

rezistivni pad napona u kablu.

Različiti drajveri i prijemnici kao integrisana kola se koriste za konverziju TTL nivoa u

RS-232, i obrnuto. Najčešće korišćeni par je 1488 četvorostruki drajver i 1489

četvorostruki prijemnik. Na slici 18 prikazan je izgled integrisanih kola 1488 i 1489

(misli se na raspored i funkciju pinova).


- 31 -

Sl. 7.18. Levo je raspored pinova kod 1488 RS-232 četvorostrukog drajvera

IC, a desno je raspored pinova kod 1489 četvorostrukog RS-232 prijemnika

IC.

Direktna veza između predajnika i prijemnika RS-232C standarda, koristeći kola 1488 i

1489, ostvaruje se na način prikazan na slici 19.

Sl. 19. Veza za prenos podataka kod RS-232 interfejsa.

1488 translira TTL nivoe u RS-232C nivoe, a 1489 ih ponovo konvertuje u TTL. Veza

za masu je zajednička za veći broj signala.

Pored specifikacije električnih aspekata RS-232 standardom se specificiraju i funkcije i

brojevi pinova grupe signala koji čine kompletni interfejs. U Tabeli 2 prikazani su ovi

signali.


- 32 -

Tab.2. Signali RS-232 interfejsa.

Broj

pina

CCITT EIA Opis

Smer

(DTE<->DCE)

1

AA uzemljenje

2

BA TxD TRANSMIT DATA

(Prenos podataka)

3

BB RxD RECEIVE DATA

(Prijem podataka)

4

CA RTS REQUEST TO SEND

(Zahtev za slanje)

5

CB CTS CLEAR TO SEND (Briši

za slanje)

6

CC DSR DATA SET READY

(Spremnost podataka)

7

AB signal gnd

8

CF DCD DATA CARRIER

DETECT (Detekcija

nosača podataka)

9

- (test)

10

- (test)


- 33 -

11

-

(nedodeljeno) SECONDERY DCD

(Sekundarni DCD)

12

SCF sec DCD

13

SCB sec CTS

14

SBA sec TxD

15

DB Tx sig timing TRANSMITER SIGNAL

ELEMENT TIMING

(Tajming elementa

prenosnog signala)

16

SBB sec RxD

17

DD Rx sig timing RECEIVER SIGNAL

ELEMENT TIMING

(Tajming elementa

signala prijemika)

18

- (nedodeljen)

19

SCA sec RTS

20

CD DTR DATA TERMINAL

READY (Spremnost

terminala podataka)

21

CG sig quality det SIGNAL QUALITY

DETECT (Detekcija


- 34 -

kvaliteta signala)

22

CE Ring RING INDIKATOR

23

CH(CI) Data sig rate DATA SIGNAL RATE

SELECTOR (Selektor

brzine signala za prenos

podataka)

24

DA Tx sig timing TRANSMITER SIGNAL

ELEMENT TIMING

(Tajming elementa

prenosnog signala)

25

- (nedodeljen)

Konektor D tipa

Numerisanje signala odgovara 25-pinskom konektoru tipa D. Evidentno je da RS-232C

podržava komunikacije tipa potpuni dupleks. Linije 2 i 3 se koriste za predaju (TxD) i

prijem (RxD). Signali koji se u komunikacijama često koriste su DSR, DTR, RTS i

CTS. Za ove signale kažemo da su tipa "handshake". RTS (Request To Send) šalje se od

strane DTE-e (računar ili terminal) ka DCE-u (modem) sa ciljem da se DCE pripremi za

prenos. DSR (Data Set Ready) se koristi da ukaže na status lokalnog DCE-a. Kada DTE

želi da predaje on prvo aktivira RTS (Request To Send), a zatim čeka na potvrdu


- 35 -

testiranjem stanja na liniji CTS (Clear To Send). Ovi signali se koriste kod poludupleks

modema za upravljanje smerom predaje. DTE (računar ili terminal) aktivira signal RTS

kada želi da predaje, a shodno izdatom zahtevu DCE (modem) obrće smer

komunikacionog kanala. Kada je modem spreman za predaju, kao pozitivnu potvrdu na

izdati zahtev, aktivira signal CTS pa DTE tada može da počne sa predajom. Kod

potpunog dupleksa linije RTS i CTS se često međusobno povezuju u kablu na strani

DCE-a, tako da se CTS automatski potvrđuje kada je RTS aktivirano.

Interakcija između DSR, DTR, RTS i CTS prikazana je na slici 20.

Sl. 20. Interakcija između signala DSR, DTR, RTS i CTS.

Standard RS-232C ne garantuje da se bilo koja dva uređaja koja koriste ovaj standard

mogu direktno povezati. Kao prvo, za uspešan rad jedan od uređaja mora se

konfigurisati kao DTE, a drugi kao DCE. Na primer pin TxD je izlaz iz DTE-a, a ulaz u

DCE. Ako se izvrši povezivanje dva uređaja istog tipa DTE (ili DCE) oba će predavati

na istoj liniji tako da interfejs neće raditi (ovo nije slučaj kada se obavlja povezivanje


- 36 -

uređaja tipa DTE i DCE, na primer računar i modem). Rešenje za povezivanje dva

uređaja, pri čemu su oba konfigurisana da budu istog tipa, može se naći ako se izvrši

ukrštanje odgovarajućih parova signala u kablu za povezivanje. Na slici 21 prikazan je

način povezivanja, često nazvan "null modem", kod koga oba uređaja smatraju da su

povezani sa modemom.

Sl. 7.21. Kabl null modema.

Drugi problem koji se javlja kod korišćenja RS-232C interfejsa je odsustvo podrške

rada "handshake" signalima (RTS, CTS, DTR i DSR) kao i signala DCD (DCD - Data

Carrier Detect je izlazni signal iz modema koji ukazuje da je modem primio od strane

drugog modema tonski nosilac). U ovim situacijama mogu nastati problemi, ako računar

čeka na potvrdu signala na "handshake" liniji pre nego što počne sa slanjem. Problem se

može rešiti povezivanjem signala u kablu kao što je prikazano na slici 22 na DTE i DCE

strani. Na ovaj način oba uređaja primaju potrebne "handshake" signale i pored toga što

ih drugi uređaj ne generiše.


- 37 -

Sl. 22. Povezivanje RS-232 kabla za ignorisanje handshake signala.


- 38 -

Sl. 23. Tipične primene RS-232 interfejsa.

Na slici 23 prikazane su neke tipične aplikacije RS-232C. Prva veza računar↔modem

je standardna, a ostale dve računar↔terminal i računar↔štampač nisu. Najveći broj

interfejs problema može se rešiti izradom specijalnih kablova. Postoje takođe i

specijalne kutije koje omogućavaju da se koriste kratkospojnici kojima se ostvaruje

proizvoljno povezivanje. Postoje takođe i "pametni" kablovi, koji konfigurišu svoje

ulaze i izlaze u saglasnosti sa signalima koji se primaju na konektoru. Drugo korisno

sredstvo za rešavanje problema kod RS-232C je "gender changer" koji konvertuje

muški konektor u ženski i obrnuto.


- 39 -

4. USB – (Universal Serial Bus)

Uz Ethernet, danas svakako najzastupljeniji vid serijske komunikacije. Standard je

počeo da se razvija 1994. sa idejom da zameni većinu postojećih priključaka za

komunikaciju na računarima opšte namene pa i RS 232 standard. Prvi standard je

usvojen januara 1996. kao USB1.0 da bi septembra 1998 bio neznatno dopunjen

standardom USB1.1. Ovi standardi definišu samo dve brzine serijskog prenosa: mala

brzina 1.5 Mbit/s - LS (Low-Speed) i puna brzina 12 Mbit/s - FS (Full-Speed). Zamisao

je bila da mala brzina pokrije svu komunikaciju ka tastaturama, miševima, sporim

periferijama, a da se puna brzina koristi za konunikaciju sa bržim štampačima,

crtačima… Tada, USB nije imao za cilj komunikaciju sa najbržim periferijama kao što

je prenos grafičkih podataka u realnom vremenu (on-line) ili video i audio oprema. Za

vezu sa tako brzim periferijama bio je zamišljen standard IEEE 1394 koji se razvijao

nekako paralelno sa USB.

Ogromna popularnost koju je stekao ovaj standard, ponajviše zahvaljujući dobroj

koncepciji i jednostavnosti korišćenja (iako su i protokol i sam standard veoma

kompleksni), aprila 2000. pjavljuje se USB2.0 koji uvodi još jednu brzinu komunikacije

koja se naziva velika brzina HS (High-Speed) od čak 480 Mbit/s koji omogućuje

potpunu kompatibilnost uređaja velike brzine sa uređajima pune brzine. Pojavom ovog

standarda naglo je porasla ionako velika popularnost USB i pojavu niza dopuna sve do

septembra 2007. Ciljna grupa konunikacija preko USB se proširila naročito na polju

spoljašnjih masovnih memorija, hard diskova, DVD uređaja i fleš-memorija (u prodaji

postoji USB fleš-memorija kapaciteta 240GBajta na privesku za ključeve).

Septembra 2007. je najavljen i demonstriran USB3.0 sa brzinom prenosa od 4.8 Gbita/s.

Standard je objavljen krajem 2008. godine, a prvi uredjaji su se pojavili početkom 2010.

Intel i AMD planiraju punu implementaciju USB 3.0 standarda u svoje čipsete u 2011.

dok se značajan udeo na tržištu očekuje 2013. godine.

Standard predviđa sumetrični asinhroni prenos preko upredene parice. Dužina kabla

između pojedinih tačaka je ograničena na 5m. U komunikaciji uvek mora da postoji

jedan domaćin (host) i do 128 uređaja-članova (devices). Izuzetak je jedino dvosmerni,

takozvani on-the-go USB kod koga svaki uređaj ima delimične funkcije i domaćina i

člana kako bi se mogli povezivati bez prisustva PC. Uloga domaćina je najčešće

rezervisana za računar opšte namene i softver koji podržava protokol sa strane domaćina


- 40 -

je neuporedivo složeniji u odnosu na stranu uređaja. Postoje jednostavni uređaji koji se

nazivaju čvorovi (hub) koji imaju jednu vezu prema domaćinu, a više veza prema

uređajima i služe za razgranavanje. Uređaji se mogu priključivati “naživo”, bez

isključenja napajanja, a domaćin prepoznaje svaki novo-priključeni uređaj uređaj i

dodeljuje mu jedinstvenu adresu. Domaćin takođe prepoznaje kojom brzinom uređaj

može da komunicira (LS, FS ili HS) i sa svakim komunicira najvećom ostvarivom

brzinom. Ograničenje brzine može da bude samo u domaćinu, uređaju-članu ili čvoru

između njih. Komunikacija je polu-dupleks s tim da uvek postoji domaćin (obično PC)

koji upravlja komunikacijom.

Signali su pakovani u standardom definisane pakete. Zavisno od klase uređaja i

zahtevane brzine protoka informacije, postoji četiri vrste paketa (handshake, token,

data, pre”packets”).

Standard definiše veći broj klasa uređaja i zahteva od domaćina da svojim softverom

prepozna i podrži svaku od ovih klasa. Do sada je standardima definisano 19 klasa

(moguće ukupno 256) tako da korisnik na isti način priključuje i štampač USB-

memoriju a domaćin prepoznaje klasu uređaja i sa njima komunicira na potpuno različit

način.

Standardizovano je samo nekoliko dozvoljenih tipova konektora sa samo četiri

kontakta. Dva kontakta su za signalne vodove i označeni su sa D+ i D-, a druga dva za

napajanje i masu. Napajanje je +5V i iz njega se može povući do 500 mA.


- 41 -

Konektor malih dimenzija, samo četiri žice u kablu i postojanje linija preko kojih se

priključeni uređaj može napajati iz domaćina su značajno doprineli popularnosti USB.

Danas mnogi mikrokontroleri podržavaju USB sa strane uređaja-člana, ali je podrška sa

strane domaćina neuporedivo ređa, što je razumljivo zbog kompleksnosti softvera koji

domaćin mora da poseduje. Sa strane uređaja-članova postoje popularni FTDI čipovi za

konverziju USB na RS-232 ili neki drugi standard. FTDI je samo jedan od mnoštva

proizvođača koji danas proizvode čipove vezane za USB.

Čipove koji podržavaju stranu domaćina prozvodi, na primer, NXP, bivši Filips (ISP

1160) ili GHI koji u svom programu ima jednostavan čip (USBWIZ) koji se može

dodati standardnom mikrokontroleru i obezbediti USB host funkciju ili samo podršku za

USB fleš-memoriju. Skoro se pojavio i čip kompanije FTDI pod nazivom Vinculum

(veza prema PDF prezentaciji 511kb). Svi ovi čipovi u sebi već sadrže veliku većinu

neophodnih programa za podršku, jednostavni su za korišćenje i pristupačne cene.

Karakteristike ukratko:

• Asinhroni serijski prenos, sa balansiranim vodovima

(diferencijalni signali).

• Tri standardizovane bitske brzine LS(1.5 Mbita/s), FS(12

Mbita/s), HS(480 Mbita/s).

• Standard USB2.0 podržava sve tri brzine, USB1.0 i USB1.1 samo

LS i FS.

• Veza jedan domaćin (host) - više (do 127) uređaja-članova

(devices).

• Domaćin dinamički dodeljuje adresu novo-priključenom uređaju.

• Polu-dupleks komunikacija, smer uvek kontroliše domaćin.

• Uređaji priključeni na istog domaćina, mogu podržavati različite

brzine, sa svakim se komunicira maksimalnom brzinom, ako tu

brzinu podržava domaćin i čvorovi između.

• Standardizovani oblici konektora, raspored priključaka čak i

oznake na konektorima.

• Kabl sa samo četiri voda od kojih dva služe za napajanje uređaja

iz domaćina (5V, do 500mA)


- 42 -

Korisne veze:

Ukratko objašnjen USB: http://sss-mag.com/usb.html

Zvanični sajt gde se mogu pronaći standardi: http://www.usb.org

Sajt sa puno veza ka standardima, forumima...

http://www.interfacebus.com/Design_Connector_USB.html

S leva na desno: muški mikro, muški mini B tip, muški B tip, ženski A tip, muški A tip

5. Zaključak

U ovom diplomskom radu opisan je RS-232 (Recommended Standard 232) koji je

skup standarda za serijsku digitalnu komunikaciju između DTE uređaja (Data Terminal

Equipment) kao što je primer računara i DCE uređaja (Data Circuit Equipment) kao što

je modem. Uobičajeno se koristio kao serijski port računara. Standardom se definišu

električne i vremenske karakteristike signala, značenje signala, fizički oblik konektora i

raspored pinova na konektoru. Kod personalnih računara ovaj standardni interfejs je

danas zamenjen boljim standardima, kao što je USB. Još uvek se koristi za povezivanje

starijih periferija

Standardom RS-232 definisani su signali kojima se vrši prenos podataka, kontrola

prenosa i signali koji definišu signalnu masu (uzemljenje) i masu uređaja. Validni

signali su u opsegu ±3 do ±15 volti. Koristi se negativna logika za signalizaciju.


- 43 -

To znači da naponski nivoi u opsegu +3V do +15V predstavljaju logičku nulu, a signali

u opsegu -3V do -15V predstavljaju logičku jedinicu. Naponski nivoi u opsegu ±3V oko

nule predstavljaju nedefinisane signale za RS-232 logiku. Za prenos podataka koriste se

signali RxD (prijem podataka) i TxD (predaja podataka). Kontrola se vrši RTS (Request

To Send) i CTS (Clear To Send) i drugim signalima. Osnova logike povezivanja i

prenosa podataka je u sledećem: Kada računar želi da predaje podatke nekom uređaju

prvo postavlja signal RTS - zahtev za slanje, a podaci će biti preneseni samo kada

uređaj odgovori sa CTS signalom – spreman za prijem. Ovo su elementi jednostavnog

handshaking protokola za razmenu podataka. Razlikuju se 25-pinski i 9-pinski

konektori pod oznakom DB. Standardno, na računarima kao DTE uređajima su muški

konektori, a na DCE uređajima su ženski konektori. DTE se povezuje sa DCE uređajem

produžnim RS-232 kablom. Za povezivanje dva DTE uređaja koristi se ukršteni RS-232

kabl (ukršteni su prijem i predaja i odgovarajući kontrolni signali).

Iako danas USB tehnologija zamenjuje RS-232 serijsku vezu, za potrebe prenosa

podataka na udaljenu lokaciju preko modemske veze, RS-232 još uvek pruža

jednostavno i efikasno rešenje.

S obzirom da su svi signali unipolarni, to jest referenciraju se na jedan zajednički

povratni vod GND, smanjuje se broj potrebnih žica u kablovima i pojednostavljuju se

sklopovi, ali se povećava osetljivost na smetnje. Stoga je moguće koristiti i duže

kablove, ali se tada treba smanjiti brzina prenosa, da bi se smanjile greške u penosu.

I obratno, moguće je ostvariti prenos i većim brzinama, ali trebati smanjiti dužinu

kabla.


- 44 -

6. Literatura

• Predavanja, Skripte za učenje PMF Niš

• Predavanje O nekim standardima komunikacije Milan Mijalkovi ć VŠEIRSS Beograd

• RS-232 komunikacija Mitar simić EF Sarajevo

• Wikipedia

• Internet

serijski interfejs rs232c i njegova primena

Documents